[发明专利]一种修复齿面微接触疲劳损伤的方法及修复装置

说明书

本发明公开了一种修复齿面微接触疲劳损伤的方法及修复装置，将待修复齿轮通过夹具固定在运动平台上；利用三维形貌仪对待修复区域的几何形貌特征进行测量，并将采集到的信息输入综合控制与监控系统，通过数据库对比待修复齿轮的材料及力学特征，确定最佳激光冲击修复工艺参数；将最佳工艺参数导入脉冲激光发生器，激光发生器根据最佳工艺参数方案发出的激光，经过光路调控系统及光路系统导出激光束；同时，水约束层系统控制水喷嘴在齿面形成水约束层；激光作用于齿面上待修复区域，使齿轮产生所需的强化修复效果，达到修复齿面损伤的目的。本发明解决传统修复方式存在的工艺复杂、粗糙度大、耐磨性差且只能在齿轮产生明显缺陷或故障之后才能修复的问题。

技术领域

本发明属于齿轮修复技术领域，具体涉及一种修复齿面微接触疲劳损伤的方法及修复装置。

背景技术

齿轮是最常用的机械零件之一，形状复杂，制造成本高。齿轮的工作状况一般为承载条件下连续运转，受脉动循环变应力，经过多次循环后，在节线附近靠近齿根一侧的表面上会产生若干微裂纹，若不加以抑制，则微裂纹继续扩展会导致表层剥落、磨损，影响齿轮传动平稳性，严重的扩展性点蚀甚至会导致齿轮在短时间内报废。所以，在初始微裂纹萌生阶段对齿面进行修复、抑制点蚀扩展意义重大。

常见的齿轮修复方法有喷丸、熔覆、堆焊。喷丸修复易伤害材料表面，增大表面粗糙度，且产生的残余应力层较浅。熔覆修复涂层与齿面的界面结合力较弱，且过程难以检测，具有不稳定性。堆焊工艺不适应于微裂纹的修复。

激光冲击强化技术是一种利用冲击波的力学效应对材料表面进行改性的技术。它是一种采用高功率短脉冲激光束与物质相互作用，产生强冲击波或应力波来改善材料性能的新技术，无需改变材料表面的化学成分而能有效提高材料表面机械性能，提高金属材料的强度、硬度、耐腐蚀性能和抗疲劳性，抑制闭合材料表面微裂纹。但是，目前还没有到具体将激光冲击强化技术运用于齿轮修复。

发明内容

本发明的目的是提供一种修复齿面微接触疲劳损伤的方法及修复装置，以解决传统修复方式存在的工艺复杂、粗糙度大、耐磨性差且只能在齿轮产生明显缺陷或故障之后才能修复的问题。

为实现上述发明目的，本发明的实施例提供一种修复齿面微接触疲劳损伤的方法，其特征在于，包括以下步骤：将待修复齿轮通过夹具固定在运动平台上；利用三维形貌仪对待修复区域的几何形貌特征进行测量，并将采集到的信息输入综合控制与监控系统，通过数据库对比待修复齿轮的材料及力学特征，确定最佳激光冲击修复工艺参数；将最佳工艺参数导入脉冲激光发生器，激光发生器根据最佳工艺参数方案发出的激光，经过光路调控系统及光路系统导出激光束；同时，水约束层系统控制水喷嘴在齿面形成水约束层；激光作用于齿面上待修复区域，使齿轮产生所需的强化修复效果，达到修复齿面损伤的目的。

优选的，一种修复齿面微接触疲劳损伤的方法，具体包括以下步骤：

S1、清洗检验：将损伤齿轮浸于煤油或者柴油，用棉纱擦洗或用毛刷刷洗，清理齿面油污或金属屑，清洗完成后用抹布将表面残留煤油擦拭干净；

S2、分析损伤特征：利用无损检测技术对损伤齿轮啮合齿面进行无损探伤，标定齿面微接触疲劳微缺陷，确定待修复区域；利用三维形貌仪对损伤区域的微观几何形貌进行定量测量，具体包括微裂纹的形状和长度，微凹坑的大小和深度以及损伤区域表面粗糙度；利用压力法测定显微硬度；利用X射线应力测定仪测量表面残余应力，获取损伤区域的显微硬度和表面残余应力；

S3、采用激光冲击强化技术修复：根据损伤区域的几何形貌特征和力学参数分析结果，对比数据库中已有的参数及修复案例选择最优参数组合；所述几何形貌特征包括损伤区域粗糙度、裂纹、凹坑；所述力学参数包括残余应力、硬度；

S4、检验处理效果：对激光冲击强化修复区域的表面质量和力学性能进行测量并分析，利用三维形貌仪对修复区域的微观几何形貌进行定量测量，确定修复区域表面粗糙度；利用压力法测定显微硬度；采用X射线应力测定仪测量表面残余应力，获取修复区域的显微硬度和表面残余应力；