CN103668176B - 利于提高硬度与耐磨性的齿轮的激光熔覆修复工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种齿轮的激光修复工艺，包括以下步骤：A.对齿轮表面进行处理，对齿轮进行失效分析；B.对齿轮进行80℃至120℃的整体预热，同时对齿轮待修复部位进行180℃至220℃的局部预热；C.根据齿轮的失效分析结果，优化工艺参数，进行逐层激光熔覆，每层熔覆层的厚度小于或等于0.4mm，后一层熔覆层的边缘从前一层熔覆层的边缘向外延伸4？mm至6mm，所采用的合金粉末的组分及重量百分比含量是C≤0.5%，Cr：38%至52%，B：1.5%至2.5%，Si：0.5%至1.5%，其余为Fe；D.进行检测。该齿轮的激光修复工艺对齿轮表面进行激光熔覆，使其尺寸达到使用要求，修复后齿轮的硬度和耐磨性超过原有性能。
Description
本申请是分案申请，原申请的申请号：201210351302.4，申请日：2012-09-20，发明创造名称《齿轮的激光熔覆修复工艺》。
技术领域
本发明涉及一种激光熔覆方法，尤其是一种齿轮的激光熔覆修复方法。
背景技术
齿轮在各行各业中的应用极其广泛。由于齿轮的工作特性，要求其中心部位保证韧性的同时，齿面能达到硬度要求，以满足使用时的强度要求。齿轮的咬合面要求高，作业劳动强度大，所以在齿面咬合区会最先出现磨损和剥落，导致齿轮失效报废。激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的。与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点。如何将激光熔覆技术有效的应用于齿轮修复，是本领域的技术人员需要解决的问题。
中国专利文献CN100557082C公开了一种渗碳类重载齿类件齿面激光熔覆粉末材料及修复方法，粉末材料包括以下质量百分数的物质：0.80-1.10％C，7.50-9.00％Mn，0.90-1.30％Cr，0.20-0.35％Mo，2.00-3.50％B，2.50-3.50％Si，杂质P≤0.06％，杂质S≤0.04％，其余为Fe，粒度为—140目～+260目。该方法选用的粉末材料C含量过高，虽然焊接性较好，但是容易产生裂纹，另外Cr、Mn、Mo含量较低，虽然有一定的合金强化作用，但是效果仍不明显。
中国专利文献CN102021568A公开了一种激光强化齿轮件的方法，包括以下步骤：1）依照现有技术加工齿轮件，要求轮齿厚度比设计值小1.5mm；2）将齿轮装入激光强化设备上，并将齿轮预热至400-500℃；3）对齿轮件表面进行激光扫描，激光输出功率为5kw，扫描速度为480mm/min，送粉率为18g/min，在一个工步中送粉与激光熔覆同步进行，将含有耐磨材料的金属粉末熔覆到齿轮表面，形成熔覆厚度3mm的激光强化层并预留打磨余量，激光束为15×2.5宽带矩形光斑；采用分三层分别进行扫描熔覆的方式进行熔覆。该方法分三层用三种不同成分的粉末进行熔覆，过余繁琐，并且其预热温度较高，激光输出功率较高，会使得齿轮整体温度过高产生热变形。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种对齿轮表面进行激光熔覆，使其尺寸恢复到使用要求，并且修复后的硬度和耐磨性超过原有性能的齿轮的激光熔覆修复工艺。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种齿轮的激光修复工艺，包括以下步骤：
A.对齿轮表面进行处理，对齿轮进行失效分析；
B.对齿轮进行80℃至120℃的整体预热，同时对齿轮待修复部位进行180℃至220℃的局部预热；
作为优化的实施方案，对齿轮进行100℃的整体预热，同时对齿轮待修复部位进行200℃的局部预热；
C.根据齿轮的失效分析结果，优化工艺参数，进行逐层激光熔覆，从齿槽内的最低点开始激光熔覆，每层熔覆层的厚度小于或等于0.4mm，后一层熔覆层覆盖在前一层熔覆层上，且后一层熔覆层的边缘从前一层熔覆层的边缘向外延伸4mm至6mm；
采用预置送粉的方式，以快速横流二氧化碳激光器为光源对齿轮进行连续搭接扫描；激光功率为1500W至1900W，标高为260mm至275mm，光斑尺寸为10mm×1.8mm，扫描速度为110mm/min至130mm/min，搭接量为6.5mm，送粉量为12g/min至18g/min；所采用的合金粉末的组分及重量百分比含量是C≤0.5%，Cr：38%至52%，B：1.5%至2.5%，Si：0.5%至1.5%，其余为Fe；
作为优化的实施方案，根据齿轮的失效分析结果，优化工艺参数，进行逐层激光熔覆，从齿槽内的最低点开始激光熔覆，每层熔覆层的厚度为0.4mm，后一层熔覆层覆盖在前一层熔覆层上，且后一层熔覆层的边缘从前一层熔覆层的边缘向外延伸5mm；
采用预置送粉的方式，以快速横流二氧化碳激光器为光源对齿轮进行连续搭接扫描；激光功率为1700W，标高为270mm，光斑尺寸为10mm×1.8mm，扫描速度为120mm/min，搭接量为6.5mm，送粉量为15g/min；所采用的合金粉末的组分及重量百分比含量是C：0.5%，Cr：45%，B：2%，Si：1%，其余为Fe；
D.进行检测。
为了使得待修复的齿轮在激光熔覆的过程中修复成功，并且获得更好的修复效果，一种优选的技术方案是：上述步骤A是将齿轮上的灰尘、油污、锈蚀清除；检测齿轮各部位的尺寸，确定失效部位及其磨损量，确定齿轮变形量；去除齿轮失效部位的疲劳层0.5mm至2mm，并进行清洗。
为了保证修复后的齿轮的质量，一种优选的技术方案是：上述步骤D是检测齿轮表面硬度；检测齿轮变形量；对齿轮表面进行机械加工；进行探伤、校验。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
（1）本发明的齿轮的激光修复工艺中采用自制的合金粉末，合金粉末的成分中通过严格控制C的含量，使其具有良好的润湿性，以防止在熔覆过程中产生裂纹；通过添加适量的B、Si使合金在凝固后形成以奥氏体为主的基体，以满足其硬度要求，并且使得合金粉末具有良好的自熔性；仅利用Cr元素对铁基合金进行元素强化，并且合金粉末中Cr元素的含量明显高于现有技术，在不影响焊接性的前提下，可以使得修复后齿轮表面的硬度和耐磨性显著提高。
（2）本发明的齿轮的激光修复工艺采用宽带激光束，效率更高；采用预置送粉的方式，严格控制送粉量，并对激光功率、扫描速度、搭接量等进行了优化，使得熔覆层的组织均匀性好、厚度和硬度均匀。该工艺使得熔覆层与齿轮失效部位的基体的熔合率高、结合紧密，齿轮变形量小，齿轮表面没有裂纹和气孔，硬度高，具有极好的耐磨性。
（3）本发明的齿轮的激光修复工艺采用齿轮在低温100℃左右进行整体预热，齿面在中温200℃左右进行进行局部预热，可以避免整体高温预热使得齿轮产生热变形，同时有效地降低了局部堆焊的温度梯度，减小了激光熔覆过程中的应力。此外，该工艺采用逐层激光熔覆的方法，每层熔覆层的厚度不超过0.4mm，后一层熔覆层将前一层熔覆层完全覆盖住，两者的边缘不重叠，也可以有效的防止应力的集中。采用该工艺修复的齿轮，在激光熔覆后无需进行保温，更无需进行退火。
具体实施方式
本实施例的齿轮的激光修复工艺的具体步骤如下：
A.对待修复的齿轮表面进行处理，对齿轮进行失效分析。
将齿轮上的灰尘、油污、锈蚀等清除；检测齿轮各部位的尺寸，确定失效部位及其磨损量，检验齿轮是否有变形现象；通过打磨去除齿轮失效部位的疲劳层0.5mm，并进行清洗。
B.对齿轮进行整体预热，整体预热温度为100℃，同时对齿轮的待修复部位进行局部预热，局部预热温度为200℃。
C.根据齿轮的失效分析结果，优化工艺参数，进行逐层激光熔覆，从齿槽内的最低点开始激光熔覆，每层熔覆层的厚度为0.4mm，后一层熔覆层覆盖在前一层熔覆层上，且后一层熔覆层的边缘从前一层熔覆层的边缘向外延伸，延伸的距离为5mm。
采用预置送粉的方式，以快速横流二氧化碳激光器为光源对齿轮的待修复部位进行连续搭接扫描。激光功率为1700W，标高（即激光器离作用物之间的距离，标高=焦距+离焦量）为270mm，光斑尺寸为10mm×1.8mm，扫描速度为120mm/min，搭接量为6.5mm，送粉量为15g/min。所采用的合金粉末的组分及重量百分比含量是C：0.5%，Cr：45%，B：2%，Si：1%，其余为Fe。
D.修复结束后，进行检测。
检测表面硬度；检测变形量；对齿轮表面进行机械加工；进行探伤，检测是否有气孔、夹渣、裂痕等影响齿轮机械性能的缺陷；进行校验，检验质量是否合格。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (3)
1.一种齿轮的激光修复工艺，其特征在于，包括以下步骤：
A.对齿轮表面进行处理，对齿轮进行失效分析；
B.对齿轮进行100℃的整体预热，同时对齿轮待修复部位进行200℃的局部预热；
C.根据齿轮的失效分析结果，优化工艺参数，进行逐层激光熔覆，从齿槽内的最低点开始激光熔覆，每层熔覆层的厚度为0.4mm，后一层熔覆层覆盖在前一层熔覆层上，且后一层熔覆层的边缘从前一层熔覆层的边缘向外延伸5mm；
采用预置送粉的方式，以快速横流二氧化碳激光器为光源对齿轮进行连续搭接扫描；激光功率为1700W，标高为270mm，光斑尺寸为10mm×1.8mm，扫描速度为120mm/min，搭接量为6.5mm，送粉量为15g/min；所采用的合金粉末的组分及重量百分比含量是C：0.5%，Cr：45%，B：2%，Si：1%，其余为Fe；
D.进行检测。
2.按照权利要求1所述的齿轮的激光修复工艺，其特征在于：所述步骤A是将齿轮上的灰尘、油污、锈蚀清除；检测齿轮各部位的尺寸，确定失效部位及其磨损量，确定齿轮变形量；去除齿轮失效部位的疲劳层0.5mm至2mm，并进行清洗。
3.按照权利要求1所述的齿轮的激光修复工艺，其特征在于：所述步骤D是检测齿轮表面硬度；检测齿轮变形量；对齿轮表面进行机械加工；进行探伤、校验。
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