CN101204767A - 一种利用激光熔凝技术修复齿轮轴轴颈的工艺方法 - Google Patents

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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/50—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for welded joints

Abstract

本发明提供一种利用激光熔凝技术修复齿轮轴轴颈的工艺方法，其特征在于包括：①对损伤部位机型机械清理；②熔覆前对齿轮轴进行预热，预热到温度300～400℃，保持1～3小时；③熔覆过程中对齿轮轴保持300～400℃恒温；熔覆功率3000－8000W，扫描速度10－20mm/s，熔覆厚度1－4mm；保温状态见图1和2；④熔覆后对齿轮轴进行阶段降温处理：在200～300℃保持5～10小时，在100～200℃保持4～10小时，在50～100℃保持4～10小时；⑤机加复形。本发明提供的利用激光熔凝技术修复齿轮轴轴颈的工艺方法，其优点在于：熔铸层及其界面组织致密，晶粒细小，没有孔洞、夹渣、裂纹等缺陷。具有良好的室温持久强度和较好的抗热疲劳及断裂性能，能够满足齿轮轴苛刻的工况条件。

Description

一种利用激光熔凝技术修复齿轮轴轴颈的工艺方法
技术领域
本发明涉及石化、冶金行业齿轮轴轴颈的修复工艺方法。
背景技术
齿轮轴作为一种传递扭矩的常用零件，被广泛应用于石化、冶金等行业，其结构形式基本一致，只是根据不同的需要制作成不同的尺寸规格。其常用材质为中碳钢或中碳低合金钢，由于齿轮轴是用来传递扭矩的，因此轴面和齿面必须要有较高的强度和硬度，一般硬度要求都在HRC55-65，现在国内外通用的方法就是采取整体渗碳(或渗氮或碳氮共渗)的方法来提高齿轮轴的整体强度和硬度。
由于齿轮轴外表面的特殊处理方法，导致了齿轮轴用传统的方式是不可修复的，因为：
采用热加工方式会造成修复区域边缘大面积龟裂，导致强度下降；
而传统的冷加工方式由于技术的本身的限制(非冶金结合，强度不够)，无法用于修复传递扭矩的表面要求有较高强度和硬度的齿轮轴。
传统激光熔覆的方式由于光束的固有模式，导致在工件的表面上作用时间过长，又无法保证高硬度的熔覆材料不出现裂纹等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用激光熔凝技术修复齿轮轴轴颈的工艺方法。
本发明提供一种利用激光熔凝技术修复齿轮轴轴颈的工艺方法，其特征在于包括：
①对损伤部位机型机械清理；
②熔覆前对齿轮轴进行预热，预热到温度300～400℃，保持1～3小时；
③熔覆过程中对齿轮轴保持300～400℃恒温；熔覆功率3000-8000W，扫描速度10-20mm/s，熔覆厚度1-4mm；保温状态见图1和2；
④熔覆后对齿轮轴进行阶段降温处理：在200～300℃保持5～10小时，在100～200℃保持4～10小时，在50～100℃保持4～10小时；
⑤机加复形。
本发明提供的利用激光熔凝技术修复齿轮轴轴颈的工艺方法，其熔覆过程中光斑为1×10mm，这样就导致宽带光斑的光束比圆形光斑的光束在某一点上的作用时间缩短10倍以上，实现熔覆材料在齿轮轴上的快速熔凝，使修复后表面硬度达到HRC55-60。
本发明提供的利用激光熔凝技术修复齿轮轴轴颈的工艺方法，对损伤部位机型机械清理过程中，在修复部位的两侧预留出工艺槽，使修复面与基材分离(工艺槽示意图见图3)。
本发明提供的利用激光熔凝技术修复齿轮轴轴颈的工艺方法，其优点在于：
熔铸层及其界面组织致密，晶粒细小，没有孔洞、夹渣、裂纹等缺陷。具有良好的室温持久强度和较好的抗热疲劳及断裂性能，能够满足齿轮轴的工况条件。
附图说明
图1为齿轮轴激光熔覆保温状态示意图；
图2为齿轮轴激光熔覆保温状态示意图(侧视)；
图3为工艺槽示意图；
图中：1-齿轮轴，2-加热及控温装置，21-加热装置，22-电阻丝，23-热电偶，24-控温装置，3-激光器光头，4-夹盘，5-垫块，6-工作台，7-表面处理层，8-基体，9-熔覆层，10-工艺槽。
具体实施方式
实施例1通县钢厂齿轮轴
基本情况：辊长：1800mm、材质：4#钢，国产，修复轴颈直径：215mm，重量：1540Kg，修复轴颈表面渗碳处理，表面硬度：HRC53-56。
利用激光熔凝技术修复齿轮轴轴颈的工艺方法：
①对损伤部位机型机械清理；
②熔覆前对齿轮轴进行预热，预热到温度380℃，保持2小时；
③熔覆过程中对齿轮轴保持380℃恒温；熔覆功率4500W，扫描速度8mm/s，熔覆厚度3mm；搭接间距4mm；光斑为1×10mm；
④熔覆后对齿轮轴进行阶段降温处理：在200～300℃保持5～10小时，在100～200℃保持4～10小时，在50～100℃保持4～10小时；
⑤机加复形。
修复后表面硬度：HRC56-59。
实施例2抚顺石油二厂齿轮轴
基本情况：辊长：1450mm，材质：4#钢，国产，修复轴颈直径：170mm，重量：1145Kg，修复轴颈表面渗碳处理，表面硬度：HRC56-60。
利用激光熔凝技术修复齿轮轴轴颈的工艺方法：
①对损伤部位机型机械清理，在修复部位的两侧预留出工艺槽；
②熔覆前对齿轮轴进行预热，预热到温度420℃，保持1.5小时；
③熔覆过程中对齿轮轴保持420℃恒温；熔覆功率4000W，扫描速度8mm/s，熔覆厚度2.5mm；搭接间距4mm；光斑为1×10mm；
④熔覆后对齿轮轴进行阶段降温处理：在280℃保持8小时，在170℃保持8小时，在80℃保持6小时；
⑤机加复形。
修复后表面硬度：HRC56-59。
实施例3山西海鑫线厂齿轮轴基本情况：辊长：1800mm、材质：不详，美国摩根公司产品，修复最大轴颈直径：215mm；最小修复轴颈尺寸：140mm；重量：1750Kg，修复轴颈表面渗碳处理，表面硬度：HRC53-56。
利用激光熔凝技术修复齿轮轴轴颈的工艺方法：
①对损伤部位机型机械清理，在修复部位的两侧预留出工艺槽；
②熔覆前对齿轮轴进行预热，预热到温度420℃，保持1.5小时；
③熔覆过程中对齿轮轴保持420℃恒温；熔覆功率4500W，扫描速度8mm/s，熔覆厚度3mm；搭接间距4mm；光斑为1×10mm；
④熔覆后对齿轮轴进行阶段降温处理：在225℃保持10小时，在160℃保持5小时，在70℃保持7小时；
⑤机加复形。
修复后表面硬度：HRC56-59。

Claims (3)

1.一种利用激光熔凝技术修复齿轮轴轴颈的工艺方法，其特征在于包括：
①对损伤部位机型机械清理；
②熔覆前对齿轮轴进行预热，预热到温度300～400℃，保持1～3小时；
③熔覆过程中对齿轮轴保持300～400℃恒温；熔覆功率3000-8000W，扫描速度10～20mm/s，熔覆厚度1～4mm；
④熔覆后对齿轮轴进行阶段降温处理：在200～300℃保持5～10小时，在100～200℃保持4～10小时，在50～100℃保持4～10小时；
⑤机加复形。
2.按照权利要求1所述的利用激光熔凝技术修复齿轮轴轴颈的工艺方法，其特征在于：所述熔覆过程中光斑为1×10mm。
3.按照权利要求1所述的利用激光熔凝技术修复齿轮轴轴颈的工艺方法，其特征在于：所述对损伤部位机型机械清理过程中，在修复部位的两侧预留出工艺槽。
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