[发明专利]一种结晶辊表面锥形孔缺陷在线复原方法

说明书

技术领域

本发明属于机械制造和炼钢连铸领域，特别涉及一种结晶辊表面锥形孔缺陷在线复原方法，具体是对结晶辊冷喷涂修复过程中修复层形成的锥形孔缺陷进行快速复原的方法。

背景技术

冷气动力喷涂修复(简称“冷喷涂修复”)铜质连铸结晶器或结晶辊技术是一项极具潜力的工件修复技术，该技术是利用高压气体携带金属微粒通过特殊的Laval喷嘴产生超音速气固双向流，高速飞行的金属微粒在完全固态下撞击待修复结晶器或结晶辊表面，金属微粒和基体表面材料同时发生剧烈塑性变形形成涂层，实现结晶器或结晶辊缺陷的修复。

但是，结晶辊冷喷涂修复是将工件夹持在回转机床或固定特殊夹具上，通过喷枪与工件之间的相互移动，实现整个表面的修复，在此过程中，受到基体表面清理、前处理、喷涂粉末颗粒的均匀性及参数波动等不确定因素的影响，极易在结晶辊1上的修复层2表面萌生锥形孔缺陷3，其典型形貌如图1所示。锥形孔缺陷一旦形成，则无法在常规修复过程中自行弥合、消失，并会伴随喷涂过程的进行不断长大，最终会导致整个修复涂层失效，造成巨大的经济损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结晶辊表面锥形孔缺陷在线复原方法，对结晶辊基体无热影响，保持结晶辊基体组织稳定；锥形孔缺陷修复区域与结晶辊表面的修复层具有相同的微观结构，且两者界面为锯齿形咬合结构，无额外应力产生，结合强度高；能够在线进行，工艺简单，效率高，有效降低修复成本。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

一种结晶辊表面锥形孔缺陷在线复原方法，具体步骤如下：

1)孔缺陷内壁加工

将锥形孔缺陷内壁加工成柱状平底孔，然后，在柱状平底孔内壁上加工等间距分布的波浪纹理，相邻波浪纹理间距A＝(0.1～0.5)h，峰谷差值范围B＝(0.05～0.1)d，h和d分别为柱状平底孔的深度和直径；

2)内壁平滑处理

将高压气体与陶瓷颗粒形成气固双相流，其中，陶瓷颗粒喂粉速率为0.2～1L/h，形成的气固双相流以50～200m/s的速度冲击柱状平底孔内壁，进行机械研磨，去除机械加工过程中残留的边缘毛刺，获得流线型的内壁波浪纹理结构；同时，实现柱状平底孔内壁毛化处理，粗糙度范围为Ra1.5～4.5μm；

3)在线修复

调整喷枪位置和角度，利用高压驱动气体驱动与结晶辊表面修复层相同的金属微粒撞击柱状平底孔底部及内壁，通过微锻、粘接，以250～1000m/s的沉积速度进行在线快速填充，直到整个柱状平底孔完全修复。

进一步，步骤1)中，将锥形孔缺陷内壁加工成柱状平底孔时，可以采用直接磨削方法，也可以采用钻孔和磨削两种方法组合；内壁磨削使用的磨头材料为刚玉或碳化硅，磨粒尺寸范围为50～400μm。

步骤1)中，柱状平底孔内壁粗糙度小于Ra0.8μm。

步骤1)中，采用预制的丝攻加工柱状平底孔内壁波浪纹理，丝攻材料为硬质合金钢。

又，步骤2)中，高压气体的含油量小于1mg/m³、最大含尘颗粒粒径小于1μm。

步骤2)中，高压气体为压缩空气或压缩氮气，压力范围为0.1～0.9MPa，预热温度范围为20～80℃；

步骤2)中，柱状平底孔内壁的波浪纹理的峰值密度RPc大于30个/厘米。

步骤2)中，陶瓷颗粒为烧结态α氧化铝、氧化锆、碳化钨或碳化硅，其中，陶瓷颗粒粒径范围为300～600μm，球形的陶瓷颗粒所占的体积比为50％～70％。

再，步骤3)中，喷枪射流方向与柱状平底孔底面法线一致，并保持喷枪与柱状平底孔相对静止，或喷枪射流方向以柱状平底孔底面中心为圆心周期性摆动，摆动角度α小于10°，摆动速度小于5°/s；喷枪出口与柱状平底孔底面距离D为(4～12)h，h为柱状平底孔的深度。

步骤3)中，高压驱动气体为氦气或氮气，纯度99％以上，压力范围为6～12MPa。

步骤3中)，金属微粒为纯铜、铜含量大于98％的铜合金、纯镍或镍含量大于95％的镍合金，其中，粒径小于28μm的金属微粒所占的体积比大于50％。

本发明的结晶辊表面锥形孔缺陷在线复原方法修复过程中，结晶辊基体温度小于40℃；锥形孔缺陷修复区域与整体修复层微观组织保持一致，并且，锥形孔缺陷修复区域与整体修复涂层的结合强度提高了30％以上，热疲劳强度提高了25％以上。

本发明的有益效果