一種灰鑄鐵缸蓋自動化雷射熔覆再製造方法
2023-05-24 07:57:41 2
專利名稱：一種灰鑄鐵缸蓋自動化雷射熔覆再製造方法
技術領域：
本發明涉及裝備再製造領域，特別涉及一種灰鑄鐵缸蓋自動化雷射熔覆再製造方法。
背景技術：
灰鑄鐵由於其價格便宜，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製作大型鑄件。發動機缸蓋是採用該材料製造的典型零件之一。這種大型構件通常需要複雜的熱處理和製造工藝，以及精確的機械加工等，需要專項設備製備，價格比較昂貴，成本很高。
然而在使用過程中，由於灰鑄鐵自身疏鬆組織特性、片狀石墨割裂效應，導致灰鑄鐵的抗拉強度、塑性、韌性遠低於鋼，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徵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複雜，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衝擊，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，那麼構件製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。工業上常採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，導致焊縫殘餘應力過大，焊接接頭存在白口組織與淬硬組織，焊縫極易開裂。雖然採用異質焊縫材料可減小焊接接頭組織的白口傾向，但對多層堆焊後殘餘應力的控制還缺乏有效的技術手段。
發明內容
本發明的目的在於克服現有焊補方法所形成的焊縫易開裂，殘餘應力大的缺陷，從而提供一種灰鑄鐵缸蓋的自動化雷射熔覆再製造方法，包括步驟I)、配製灰鑄鐵雷射熔覆修復材料；其中，所述灰鑄鐵雷射熔覆修復材料具有以下理化屬性強度不低於基體，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溼性，雷射熔覆成形性優異；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，然後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)、通過雷射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I)中，所述灰鑄鐵雷射熔覆修復材料為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I. 0% 3. 0%的B元素、質量分數為0. 1% I. 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，對於IOmm深度的坡口，坡口夾角不低於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，採用側向同步送粉方式，高純氮氣保護，雷射功率為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，採用單道雷射熔覆工藝，在熔覆時，需調整機器人，控制雷射束軸心與坡口表面夾角在70 90°的範圍內；雷射束軸心與粉末噴槍軸心夾角範圍為10 45°，打底熔覆層搭接率為45%。上述技術方案中，在所述的步驟4-3)中，做多層堆積仿形修復時，堆積係數為
0.5mm，熔覆層每搭接4道，連續熔覆長度小於50mm，雷射光閘停止一次；同時以小鐵錘迅速錘擊熔覆層，消除內部應力；然後繼續開光熔覆，直至將堆滿坡口部位，熔覆過程中始終保持後向送粉方式。本發明的優點在於本發明成形尺寸精確，僅需較小的後加工，對基體的熱影響較小；且立體成形修復部位力學性能很優越，可以很好地抑制結合界面白口化趨勢，有效阻隔了碳擴散。說明書附I為本發明的灰鑄鐵缸蓋的自動化雷射熔覆再製造方法的流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖
和具體實施方式
對本發明做詳細說明。在本發明的一個實施例中，一缸蓋進-進氣門間「鼻梁」部位萌生裂紋，鼻梁部位材料厚度14mm(表面至水套距離)，裂紋深度未知，缸蓋材料為HT250。下面以該實施例為例，結合圖I，對這一缸蓋採用本發明的雷射熔覆再製造方法實現再製造的過程進行說明。步驟I、配製灰鑄鐵雷射熔覆修復專用材料。為滿足灰鑄鐵件雷射熔覆堆積成形的性能需要，且能避免灰鑄鐵熔覆常見缺陷的出現，灰鑄鐵雷射熔覆修復用的材料需具有以下理化屬性
(I)強度不低於基體，塑性、韌性高，抗開裂性能突出。(2)可阻隔C元素擴散，抑制界面白口化作用顯著。(3)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。(4)與灰鑄鐵基體具有良好的潤溼性，雷射熔覆成形性優異。根據上述理化屬性，在本實施例中，所採用的修復用的材料為Ni-Cu系合金粉末。該合金粉末所含元素質量分數如表I所示，粉末粒度為-140 +325目。
權利要求
1.一種灰鑄鐵缸蓋的自動化雷射熔覆再製造方法，包括 步驟I)、配製灰鑄鐵雷射熔覆修復材料；其中， 所述灰鑄鐵雷射熔覆修復材料具有以下理化屬性強度不低於基體，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溼性，雷射熔覆成形性優巳升; 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，然後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)、通過雷射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。
2.根據權利要求I所述的灰鑄鐵缸蓋的自動化雷射熔覆再製造方法，其特徵在於，在所述的步驟I)中，所述灰鑄鐵雷射熔覆修復材料為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I.0% 3. 0%的B元素、質量分數為0. 1% I. 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。
3.根據權利要求I所述的灰鑄鐵缸蓋的自動化雷射熔覆再製造方法，其特徵在於，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，對於IOmm深度的坡口，坡口夾角不低於80°。
4.根據權利要求I所述的灰鑄鐵缸蓋的自動化雷射熔覆再製造方法，其特徵在於，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，採用側向同步送粉方式，高純氮氣保護，雷射功率為800W，掃描速度為150mm/min，送粉電壓為11V，光斑尺寸為3. 5mm，送粉載氣流量為200L/h，所形成的熔覆層單層厚度為0. 5mm。
5.根據權利要求I所述的灰鑄鐵缸蓋的自動化雷射熔覆再製造方法，其特徵在於，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，採用單道雷射熔覆工藝，在熔覆時，需調整機器人，控制雷射束軸心與坡口表面夾角在70 90°的範圍內；雷射束軸心與粉末噴槍軸心夾角範圍為10 45°，打底熔覆層搭接率為45%。
6.根據權利要求I所述的灰鑄鐵缸蓋的自動化雷射熔覆再製造方法，其特徵在於，在所述的步驟4-3)中，做多層堆積仿形修復時，堆積係數為0. 5mm，熔覆層每搭接4道，連續熔覆長度小於50mm，雷射光閘停止一次；同時以小鐵錘迅速錘擊熔覆層，消除內部應力；然後繼續開光熔覆，直至將堆滿坡口部位，熔覆過程中始終保持後向送粉方式。
全文摘要
本發明公開了一種灰鑄鐵缸蓋自動化雷射熔覆再製造方法，包括配製灰鑄鐵雷射熔覆修復材料；對灰鑄鐵缸蓋上的「鼻裂」裂紋的深度做無損檢測；對灰鑄鐵缸蓋上的「鼻裂」部位做修復前的預處理；通過雷射熔覆對所述灰鑄鐵缸蓋上的「鼻裂」部位做仿形修復；對修復部位去除應力。本發明成形尺寸精確，僅需較小的後加工，對基體的熱影響較小；且立體成形修復部位力學性能很優越，可以很好地抑制結合界面白口化趨勢，有效阻隔了碳擴散。
文檔編號B23K26/12GK102615431SQ20121010602
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月12日 優先權日2012年4月12日
發明者徐濱士, 方金祥, 王玉江, 董世運, 閆世興 申請人:中國人民解放軍裝甲兵工程學院