[发明专利]一种激光熔覆再制造不锈钢泵类零件的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光熔覆再制造不锈钢泵类零件的方法和装置，特指一种先将不锈钢泵类零件加热到不锈钢基材的动态应变时效温度然后在此温度下进行激光熔覆的方法和装置，本发明可有效实现泵类零件的再制造，显著提高泵类零件的抗磨蚀性能，具有广阔的应用前景，该方法还可以推广应用到不锈钢轴类零件、不锈钢叶片的再制造和延寿处理等领域。

背景技术

泵在农业灌溉、石油、电厂、城市供排水、勘探、化工等国门经济各部门有着非常广泛的应用，由于工作条件恶劣等原因，泵的过流部常常发生汽蚀、磨损破坏，如油田生产中所使用的注聚泵的泵阀，容易在接触面上产生冲蚀麻点坑使密封效果变差而影响泵效；再者如排灌泵站中，由于河流中含有大量泥沙，水泵的叶轮和和蜗壳等过流部件的汽蚀、磨损相当严重，磨蚀不仅使泵的效率降低，产生噪声和振动，而且使过流部件表面基材大面积剥落，致使泵的运行寿命大幅缩短，甚至造成严重事故，因此必须采取有效措施以提高泵类零件表面的抗磨蚀能力，常规表面处理技术如各种涂层、镀层等，由于其较差的层间结合力和较薄的处理工程厚度，很难胜任这些苛刻场合的要求，激光表面熔覆技术是将不同成分的合金粉末添加到激光束加热所形成的熔池中，并由激光将其熔化，快速凝固后形成于基体材料冶金结合的表面涂层的一种加工方法，激光熔覆加工的热变形小，覆层成分及稀释率可控，具有涂层与基体结合强度高、不脱落、加工速度快、光束瞄准加工灵活、自动化程度高等特点，在降低能源消耗的同时，可显著地提高泵类零件的抗汽蚀、磨蚀性能，有效延长泵类零件的使用寿命，在经济上和覆层质量上都优于传统的表面处理技术，但是激光熔覆技术仍存在如下问题：(1) 熔覆层组织不均匀；(2) 熔覆过程中基材受热形成较大温度梯度，温度梯度造成的热应力容易致使熔覆层内部产生裂纹。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种激光熔覆再制造不锈钢泵类零件的方法和装置泵，即首先将不锈钢泵类零件加热到不锈钢的动态应变时效温度区域，在此温度下对零件进行激光熔覆，利用温度升高加快零件基材位错运动和涂覆层金属元素的颗粒扩散，使得制备的涂层深度更深、颗粒分布更均匀；该方法能够减少激光熔覆过程中的温度梯度，可以抑制激光熔覆过程中熔覆层内部裂纹的产生，同时还可以使零件基材本身产生动态应变时效强化，可有效实现泵类零件的再制造，显著提高他们抗汽蚀、磨蚀性能，具有广阔的应用前景。该方法还可以推广应用到不锈钢轴类零件、不锈钢叶片的再制造和延寿处理等领域。

本发明提供了激光熔覆再制造不锈钢泵类零件的装置，包括依次相连的计算机控制装置、光纤激光器、真空绝热容器、机械手、柔性导光管、熔覆监测装置、激光头、温度传感器、涂覆层、不锈钢泵类零件、五轴工作台、抽真空阀、加热板。

熔覆监测装置通过K9玻璃窗监测连续激光和涂覆层之间的入射夹角、激光头与涂覆层之间距离及不锈钢泵类零件的表面熔覆质量，监测数据返回计算机控制装置，计算机控制装置控制光纤激光器发射连续激光及停止发射，根据温度传感器反馈回来的温度信息控制加热板的开启和停止，同时控制五轴工作台的移动、激光头的工作参数和状态及控制机械手的运动带动激光头移动，从而控制不锈钢泵类零件表面熔覆区域与连续激光束的相对位置、激光光斑大小和激光头与涂覆层之间距离，实现不锈钢泵类零件的激光熔覆再制造。

真空绝热容器必须密封、绝热、内部处于真空状态，确保在激光熔覆过程中容器内部处于真空状态、试样不被氧化，同时保持恒温，真空绝热容器上方的活动盖主要用于零件装夹固定和取出、激光头的夹持和取出用，柔性导光管主要用于连续激光束的传导，柔性导光管和激光头必须耐高温，温度传感器主要用来监测真空绝热容器中的实时温度，加热板用来给不锈钢泵类零件基体加热，抽真空阀主要用来把真空绝热容器内抽成真空状态。

该激光熔覆再制造不锈钢泵类零件的方法的具体步骤如下：

(1) 清洁不锈钢泵类零件表面除去所有污物；

(2) 将由合金粉末和粘结剂组成的涂覆层涂覆在不锈钢泵类零件表面并将其干燥；

(3) 把不锈钢泵类零件装夹固定在五轴工作台上；

(4) 先将五轴工作台放置到到真空绝热容器内、定位，然后通过机械手夹持并运动使激光头伸入到真空绝热容器内、定位，再把真空绝热容器内抽成真空状态；

(5) 先加热不锈钢泵类零件至不锈钢的动态应变时效温度，然后使用光纤激光器输出连续激光对零件表面进行激光熔覆再制造。