[發明專利]泵類零部件微細裂紋快速修復延壽方法與裝置

無效

• 申請號: 201110367260.9
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN102489879A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 任旭東;阮亮;皇甫喁卓;占秋波;楊慧敏;周建忠;戴峰澤;孫桂芳
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B23K26/34
• 分類號: B23K26/34;B23K26/42
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域；

本發明涉及金屬表面防護技術領域和激光加工應用技術領域，特指一種酸堿性環境下泵類零部件的微細裂紋快速修復延壽方法與裝置。

背景技術

激光沖擊強化（LSP）是一種利用激光沖擊波對材料表面進行改性，提高材料的抗疲勞、磨損和應力腐蝕等性能的技術。其原理是高能量短脈沖激光誘導的沖擊波與材料相互作用，在金屬材料表面形成塑性變形層，產生孿晶等晶體并形成極細小的位錯亞結構，使材料表層形成很大的殘余壓應力，從而使金屬材料的疲勞強度、硬度等性能得以提高，尤其是疲勞壽命。這一技術已在航空、船舶、機械工程、微電子等各行各業中得到了廣泛應用，目前該技術主要用于材料改性、金屬沖擊強化和成形，以及無損檢測等方面。

進入21世紀，保護地球環境、構建循環經濟和保持社會可持續發展已成為世界各國共同關心的話題。目前大力提倡的循環經濟模式是追求更大經濟效益、更少資源消耗、更低環境污染的一種先進經濟模式。所以產品的修復問題和延長使用壽命問題變的至關重要。

在實際生產應用中，泵類殼體在鑄造、運輸和運行等過程中，有可能產生微細裂紋，甚至局部損壞，葉片在運行一段時間后，由于在扭矩的長期作用下或鑄造時在氣孔、砂眼等在外部應力的作用下，也可能造成微細裂紋的產生。這些微細裂紋會給產品的安全運行帶來很大威脅，因此對易產生裂紋部位進行無損探傷檢查，及時處理缺陷、消除事故隱患十分必要。目前用于修復泵類零部件裂紋的方法有氬弧焊、等離子噴涂、等離子電弧焊、鎢極惰性氣體保護焊和激光熔覆等方法。氬弧焊、等離子噴涂、等離子電弧焊、鎢極惰性氣體保護焊這些方法在修復過程中熱輸入量較大，熱影響區極易出現熱裂紋，焊接容易變形，使用過程中容易產生脫落、開裂等問題，同時修復過程中引起的收縮變形使葉片的安裝精度難以保證，因此這些方法的應用具有很大的局限性。激光熔覆是超快速加熱和超快速冷卻的過程，具有對基材的熱輸入量少、熱影響區小、熔覆層組織細小、與基體形成良好的冶金結合和易于實現自動化等優點，采用激光熔覆的方法修復泵類殼體及葉片裂紋與其他方法相比具有明顯的優勢，但在激光熔覆的過程中容易產生裂紋等內部缺陷而影響了熔覆層的質量。上述方法中都有一個共同不足之處在于修復過程中易產生裂紋，裂紋的不斷擴展嚴重影響了泵類殼體及葉片的正常運行和使用壽命。

發明內容

本發明的目的在于針對以上技術的不足，避免傳統泵類零部件微細裂紋修復過程中出現熱影響區形成新的裂紋，提供一種泵類零部件的微細裂紋快速修復延壽方法與裝置。該方法在修復過程中不會出現熱裂紋，不僅能有效修復微細裂紋而卻能提高泵類零部件的機械力學性能，也解決了泵類零部件在酸堿性液體環境下實際應用的難題。采用本發明方法和裝置對損傷泵類零部件修復后，達到了延壽、提高其可靠性和安全性的目的。

實現本發明方法的裝置包括控制系統、光學系統、工件夾具系統和在線噴涂系統。所述的控制系統包括工業控制器、數字控制器、激光控制器、加熱控制器。數字控制器上端與激光控制器相連，下端與工業控制器相連，加熱控制器與工業控制器相連，工業控制器通過數字控制器分別控制激光控制器、光斑大小調節裝置和多軸聯動工作臺，激光控制器控制高功率脈沖激光裝置，加熱控制器控制加熱管。所述的光學系統包括高功率脈沖激光裝置、導光管、45°全反鏡、沖擊頭和光斑大小調節裝置。光斑大小調節裝置位于45°全反鏡與沖擊頭之間，與數字控制器相連，45°全反鏡在光斑大小調節裝置上方，沖擊頭在光斑大小調節裝置下方，聚焦透鏡位于沖擊頭內，導光管把激光器、45°全反鏡、光斑大小調節裝置和沖擊頭串聯起來，其一端連接著激光器，另一端對著工件夾具系統，沖擊頭位于工件夾具系統上面。所述的工件夾具系統包括多軸聯動工作臺、泵類零部件和夾具，泵類零部件通過夾具固定在多軸聯動工作臺上；所述的在線噴涂系統包括儲料罐、高壓柱塞泵、流量調節裝置、連接管、支撐架、加熱管和噴槍，儲料罐和高壓柱塞泵相連，流量調節裝置通過連接管把高壓柱塞泵和噴槍連接起來，加熱管固定在支撐架。

本發明其特征在于所噴涂的涂料含10-60﹪復合特鈦粉或片狀鋅粉，涂料厚度為40-120μm，創新之處在線噴涂系統使用復合特鈦粉或片狀鋅粉涂料即增大了激光力效應，而且這種涂料特別耐酸耐堿，解決了泵類零部件經常處于酸堿性液體環境，實際應用易腐蝕的難題；本發明其特征還在于該方法的完成要結合本發明裝置才能實現。