[發明專利]一種軸類零件激光熔覆修復方法

在審

• 申請號: 202111477574.4
• 申請日: 2021-12-06
• 公開（公告）號: CN114381728A
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 申政;唐子謀;肖劍雄;湯黎明;王繼邠;楊敏
• 申請（專利權）人: 中車株洲電機有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C21D1/30;C21D1/34;C21D9/28;C21D10/00;C23F17/00;B23K26/38
• 代理公司: 株洲湘知知識產權代理事務所(普通合伙) 43232
• 代理人: 張君

軸類零件激光熔覆修復方法，包括前處理，前處理包括清洗和切割，清洗是去除待修復零件表面的氧化層和雜質，切割是去除待修復零件的裂紋和周圍破損部分，形成切割后的槽道，在經過前處理后，還包括激光熔覆：在所述槽道里鋪設金屬粉末，利用高能激光束，對裂紋進行激光熔覆修復，形成修復表面；激光退火：利用激光照射修復表面，對修復后的表面進行局部激光退火處理，去除殘余應力；激光沖擊：對修復后的表面進行激光沖擊處理，進一步去除殘余應力，強化修復表面質量。由于采用局部退火，熱影響區小，不影響零件其他部分的使用壽命；激光沖擊結束后，在熔覆層表面形成殘余壓應力，與激光熔覆時產生的熱應力相互抵消，降低修復層的整體殘余應力。

技術領域

本發明涉及軸類零件表面裂紋修復領域，尤其涉及一種軸類零件激光熔覆修復方法。

背景技術

隨著軌道交通的高速發展，軌道車輛的運營維護要求和技術水平在日益提高。牽引電機是軌道交通的一個重要部件，在運行過程中，由于重載、交變、復雜應力等因素，導致牽引電機轉軸發生失效。直接將有裂紋的電機軸進行報廢會造成資源的浪費，不符合我國綠色發展、綠色制造的要求。

激光熔覆再制造技術是牽引電機軸的一種有效修復技術手段，能夠在不影響基體性質的前提下顯著改善修復層材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱及抗氧化等性能，賦予修復層比基體材料更優的性能。同時激光熔覆修復技術是一種經濟效益很高的新技術，可以有效降低修復成本。因此，世界上各工業先進國家對激光熔覆技術的研究及應用都非常重視。

然而，在激光熔覆修復過程中會產生一些亟待解決的問題。在宏觀上，激光熔覆后的表面會產生不平整、裂紋、氣孔等缺陷，修復層的形狀與零件原表面不匹配。在微觀上，由于熔覆層與零件母材熱膨脹系數不同、熔覆過程中搭接率等因素造成位錯和空穴，熔覆層會產生較大的殘余應力，造成修復件在使用過程中再次產生裂紋，影響了修復零件的使用壽命。此外，目前的激光熔覆修復需要多種工藝，零件需要多次裝夾，不但降低了修復效率，還會造成因裝夾不當導致修復質量下降的問題。

現有軸類零件去殘余應力激光熔覆修復方案多通過對激光熔覆區域進行熱處理消除熔覆層殘余應力，或者對熔覆區域進行機械加工以將熔覆層殘余拉應力轉變為殘余壓應力。

1）中車青島四方機車提出一種軌道車輛車軸激光熔覆修復方案（CN112899678A）：將車軸缺陷位置車削去除后，對待修復區域進行激光熔覆處理。激光熔覆完成后，使用耐高溫石棉套對修復區域進行局部淬火+回火處理，改善熔覆區域組織狀態，消除殘余拉應力。熱處理完成后，對車軸進行粗加工，隨后采用激光沖擊強化技術，在修復層表面引入壓應力，有效改善車軸疲勞性能。最后對車軸進行精加工，去除粗加工預留余量。車軸修復需要經歷機加工-激光熔覆-熱處理-機加工-激光沖擊-機加工，整個過程十分繁瑣，需要對車軸進行多次裝夾，修復效率低，修復成本高，不利于零件快速高效修復。

中車青島四方機車另一種軌道車輛車軸激光熔覆修復方案（CN112853346 A）：將車軸缺陷位置車削去除后，通過超聲波沖擊技術處理待修復車軸基材表面，在待修復層表面形成畸變能與壓應力，解決了激光熔覆過程中基材熱損傷層的組織粗化及殘余拉應力的問題，提升再制造車軸疲勞性能。同時，超聲波沖擊過程可有效清理待修復層表面油污、灰塵等污染。超聲波沖擊完成后，完成對待修復車軸的激光熔覆處理。使用超聲沖擊技術對待修復表面沖擊后，會在沖擊表面產生一定厚度的破碎層，且存在大量的孔洞缺陷；并且該方案未對激光熔覆處理后續處理工藝流程進行說明。

2）中船海洋動力部件有限公司提出一種大規格軸類件表面激光熔覆層除應力方案（CN112663045 A）：通過真空吸盤固定軸類件并旋轉，激光熔覆完成后，通過滾筒擠壓軸表面激光熔覆層，將熔覆層殘余拉應變為壓應力，提高熔覆層致密性，提高熔覆層表面質量。該方案缺點是設備結構較為復雜，除應力裝置參數誤差難以把控，若進給量小則去除殘余應力效果以及軸表面平整度不夠；若進給量過大則滾筒擠壓有可能導致軸原有結構發生變形。