[發(fā)明專利]一種激光熔覆再制造不銹鋼泵類零件的方法和裝置

無效

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• 申請日: 2012-10-16
• 公開（公告）號: CN102877061A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設計）人: 羅開玉;施衛(wèi)東;魯金忠;羅密;齊晗;呂刺;陳起;韓彬;林通
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C21D1/34;C22C19/05
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發(fā)明涉及一種激光熔覆再制造不銹鋼泵類零件的方法和裝置，特指一種先將不銹鋼泵類零件加熱到不銹鋼基材的動態(tài)應變時效溫度然后在此溫度下進行激光熔覆的方法和裝置，本發(fā)明可有效實現(xiàn)泵類零件的再制造，顯著提高泵類零件的抗磨蝕性能，具有廣闊的應用前景，該方法還可以推廣應用到不銹鋼軸類零件、不銹鋼葉片的再制造和延壽處理等領域。

背景技術

泵在農(nóng)業(yè)灌溉、石油、電廠、城市供排水、勘探、化工等國門經(jīng)濟各部門有著非常廣泛的應用，由于工作條件惡劣等原因，泵的過流部常常發(fā)生汽蝕、磨損破壞，如油田生產(chǎn)中所使用的注聚泵的泵閥，容易在接觸面上產(chǎn)生沖蝕麻點坑使密封效果變差而影響泵效；再者如排灌泵站中，由于河流中含有大量泥沙，水泵的葉輪和和蝸殼等過流部件的汽蝕、磨損相當嚴重，磨蝕不僅使泵的效率降低，產(chǎn)生噪聲和振動，而且使過流部件表面基材大面積剝落，致使泵的運行壽命大幅縮短，甚至造成嚴重事故，因此必須采取有效措施以提高泵類零件表面的抗磨蝕能力，常規(guī)表面處理技術如各種涂層、鍍層等，由于其較差的層間結(jié)合力和較薄的處理工程厚度，很難勝任這些苛刻場合的要求，激光表面熔覆技術是將不同成分的合金粉末添加到激光束加熱所形成的熔池中，并由激光將其熔化，快速凝固后形成于基體材料冶金結(jié)合的表面涂層的一種加工方法，激光熔覆加工的熱變形小，覆層成分及稀釋率可控，具有涂層與基體結(jié)合強度高、不脫落、加工速度快、光束瞄準加工靈活、自動化程度高等特點，在降低能源消耗的同時，可顯著地提高泵類零件的抗汽蝕、磨蝕性能，有效延長泵類零件的使用壽命，在經(jīng)濟上和覆層質(zhì)量上都優(yōu)于傳統(tǒng)的表面處理技術，但是激光熔覆技術仍存在如下問題：(1)?熔覆層組織不均勻；(2)?熔覆過程中基材受熱形成較大溫度梯度，溫度梯度造成的熱應力容易致使熔覆層內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種激光熔覆再制造不銹鋼泵類零件的方法和裝置泵，即首先將不銹鋼泵類零件加熱到不銹鋼的動態(tài)應變時效溫度區(qū)域，在此溫度下對零件進行激光熔覆，利用溫度升高加快零件基材位錯運動和涂覆層金屬元素的顆粒擴散，使得制備的涂層深度更深、顆粒分布更均勻；該方法能夠減少激光熔覆過程中的溫度梯度，可以抑制激光熔覆過程中熔覆層內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生，同時還可以使零件基材本身產(chǎn)生動態(tài)應變時效強化，可有效實現(xiàn)泵類零件的再制造，顯著提高他們抗汽蝕、磨蝕性能，具有廣闊的應用前景。該方法還可以推廣應用到不銹鋼軸類零件、不銹鋼葉片的再制造和延壽處理等領域。

本發(fā)明提供了激光熔覆再制造不銹鋼泵類零件的裝置，包括依次相連的計算機控制裝置、光纖激光器、真空絕熱容器、機械手、柔性導光管、熔覆監(jiān)測裝置、激光頭、溫度傳感器、涂覆層、不銹鋼泵類零件、五軸工作臺、抽真空閥、加熱板。

熔覆監(jiān)測裝置通過K9玻璃窗監(jiān)測連續(xù)激光和涂覆層之間的入射夾角、激光頭與涂覆層之間距離及不銹鋼泵類零件的表面熔覆質(zhì)量，監(jiān)測數(shù)據(jù)返回計算機控制裝置，計算機控制裝置控制光纖激光器發(fā)射連續(xù)激光及停止發(fā)射，根據(jù)溫度傳感器反饋回來的溫度信息控制加熱板的開啟和停止，同時控制五軸工作臺的移動、激光頭的工作參數(shù)和狀態(tài)及控制機械手的運動帶動激光頭移動，從而控制不銹鋼泵類零件表面熔覆區(qū)域與連續(xù)激光束的相對位置、激光光斑大小和激光頭與涂覆層之間距離，實現(xiàn)不銹鋼泵類零件的激光熔覆再制造。

真空絕熱容器必須密封、絕熱、內(nèi)部處于真空狀態(tài)，確保在激光熔覆過程中容器內(nèi)部處于真空狀態(tài)、試樣不被氧化，同時保持恒溫，真空絕熱容器上方的活動蓋主要用于零件裝夾固定和取出、激光頭的夾持和取出用，柔性導光管主要用于連續(xù)激光束的傳導，柔性導光管和激光頭必須耐高溫，溫度傳感器主要用來監(jiān)測真空絕熱容器中的實時溫度，加熱板用來給不銹鋼泵類零件基體加熱，抽真空閥主要用來把真空絕熱容器內(nèi)抽成真空狀態(tài)。

該激光熔覆再制造不銹鋼泵類零件的方法的具體步驟如下：

(1)?清潔不銹鋼泵類零件表面除去所有污物；

(2)?將由合金粉末和粘結(jié)劑組成的涂覆層涂覆在不銹鋼泵類零件表面并將其干燥；

(3)?把不銹鋼泵類零件裝夾固定在五軸工作臺上；

(4)?先將五軸工作臺放置到到真空絕熱容器內(nèi)、定位，然后通過機械手夾持并運動使激光頭伸入到真空絕熱容器內(nèi)、定位，再把真空絕熱容器內(nèi)抽成真空狀態(tài)；

(5)?先加熱不銹鋼泵類零件至不銹鋼的動態(tài)應變時效溫度，然后使用光纖激光器輸出連續(xù)激光對零件表面進行激光熔覆再制造。