[發明專利]一種灰鑄鐵缸蓋自動化激光熔覆再制造方法

有效

• 申請號: 201210106025.0
• 申請日: 2012-04-12
• 公開（公告）號: CN102615431A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 董世運;徐濱士;閆世興;王玉江;方金祥
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍裝甲兵工程學院
• 主分類號: B23K26/34
• 分類號: B23K26/34;B23K26/12;B23K26/42;B23K33/00;B23K35/30
• 代理公司: 中國和平利用軍工技術協會專利中心 11215
• 代理人: 侯永帥

技術領域

本發明涉及裝備再制造領域，特別涉及一種灰鑄鐵缸蓋自動化激光熔覆再制造方法。

背景技術

灰鑄鐵由于其價格便宜，具有良好的鑄造性能、優良的減振性、良好的耐磨性能、優異的切削加工性能、較高的抗拉強度、低的缺口敏感性、良好的導熱性能等優點，在工業生產中常用來制作大型鑄件。發動機缸蓋是采用該材料制造的典型零件之一。這種大型構件通常需要復雜的熱處理和制造工藝，以及精確的機械加工等，需要專項設備制備，價格比較昂貴，成本很高。

然而在使用過程中，由于灰鑄鐵自身疏松組織特性、片狀石墨割裂效應，導致灰鑄鐵的抗拉強度、塑性、韌性遠低于鋼，力學性能較差。一些雜質成分對灰鑄鐵本身組織、結構也有一定的影響。灰鑄鐵的這些特性導致灰鑄鐵缸蓋缺陷較多，其中最為常見的缺陷類型是在氣門間“鼻梁”部位產生橫斷裂紋，所述橫斷裂紋產生的原因與該部位結構特征和工況環境密切相關。氣缸蓋在發動機工作過程中承受高溫，需要內部循環水路的及時冷卻，故缸蓋的結構設計較為復雜，而“鼻梁”部位為實心結構，循環水冷卻效應較弱，同時該部位在工作中要承受高溫、高壓燃氣的作用和較大的機械載荷沖擊，在熱應力作用下導致該部位發生疲勞斷裂。

倘若發生疲勞斷裂的缸蓋直接報廢，作為廢品回爐，那么構件制造時的勞動價值與能源價值等附加值全面丟失，所獲得的產品只能作為原材料使用，造成極大的浪費。工業上常采用焊補方式進行修復，常見的焊補方法有手工電弧焊和CO₂氣體保護焊，但這些方法存在以下問題：熱輸入量過大，對基體熱影響嚴重，導致焊縫殘余應力過大，焊接接頭存在白口組織與淬硬組織，焊縫極易開裂。雖然采用異質焊縫材料可減小焊接接頭組織的白口傾向，但對多層堆焊后殘余應力的控制還缺乏有效的技術手段。

發明內容

本發明的目的在于克服現有焊補方法所形成的焊縫易開裂，殘余應力大的缺陷，從而提供一種灰鑄鐵缸蓋的自動化激光熔覆再制造方法，包括：

步驟1)、配制灰鑄鐵激光熔覆修復材料；其中，

所述灰鑄鐵激光熔覆修復材料具有以下理化屬性：強度不低于基體，塑性、韌性高，抗開裂性能突出；可阻隔碳元素擴散，抑制界面白口化作用顯著；具有良好的自脫氧、造渣能力，表面出現質量優異，內部無氣孔；與灰鑄鐵基體具有良好的潤濕性，激光熔覆成形性優異；

步驟2)、對灰鑄鐵缸蓋上的“鼻裂”裂紋的深度做無損檢測；

步驟3)、對灰鑄鐵缸蓋上的“鼻裂”部位做修復前的預處理，在所述預處理中，根據步驟2)得到的裂紋深度檢測結果去除“鼻裂”部位的裂紋，形成一坡口，然后利用角砂輪打磨坡口周圍直至露出新鮮金屬表面，用丙酮溶液清洗坡口及其周圍表面；

步驟4)、通過激光熔覆對所述灰鑄鐵缸蓋上的“鼻裂”部位做仿形修復；該步驟包括：

步驟4-1)、在所述灰鑄鐵缸蓋上的所述坡口處做單道單層熔覆；

步驟4-2)、在所述灰鑄鐵缸蓋上的所述坡口處形成打底層；

步驟4-3)、在步驟4-2)所生成的打底層的基礎上，做多層堆積仿形修復；

步驟5)、對修復部位去除應力。

上述技術方案中，在所述的步驟1)中，所述灰鑄鐵激光熔覆修復材料為Ni-Cu系合金粉末，該合金粉末中包括質量分數為0.01％～0.05％的C元素、質量分數為2.0％～4.0％的Si元素、質量分數為1.0％～3.0％的B元素、質量分數為0.1％～1.0％的Fe元素、質量分數為10％～40％的Cu元素以及質量分數為Bal的Ni元素。

上述技術方案中，在所述的步驟3)中，所述坡口為“V”形坡口，所述“V”形坡口底部為圓角，對于10mm深度的坡口，坡口夾角不低于80°??。

上述技術方案中，在所述的步驟4-1)中，所述的在所述灰鑄鐵缸蓋上的所述坡口處做單道單層熔覆包括：在做單道單層熔覆時，采用側向同步送粉方式，高純氮氣保護，激光功率為800?W，掃描速度為150mm/min，送粉電壓為11?V，光斑尺寸為3.5?mm，送粉載氣流量為200?L/h，所形成的熔覆層單層厚度為0.5mm。

上述技術方案中，在所述的步驟4-2)中，在所述灰鑄鐵缸蓋上的所述坡口處形成打底層時，采用單道激光熔覆工藝，在熔覆時，需調整機器人，控制激光束軸心與坡口表面夾角在70～90°的范圍內；激光束軸心與粉末噴槍軸心夾角范圍為10～45°，打底熔覆層搭接率為45％。