CN102021562B - 内燃机涡轮增压器轮盘损伤的修复方法 - Google Patents
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Abstract
一种内燃机涡轮增压器轮盘损伤的修复方法，其特点是有以下步骤：铆点的打磨预处理：运用锥形直磨头及直磨对待修铆点进行打磨；打磨位置的快速激光熔覆修复：用加工机的激光测距仪在待修部位附近进行扫描，测得最短距离点、最长距离点位置并且确定待修部位边缘，将记录的数据输入加工机的预定激光熔覆程序，根据数据记录生成的加工机的预定激光熔覆程序，自动控制激光熔覆由底部至边缘做锥形螺旋扫描，操作过程中的参数是：激光熔覆时熔池尺寸直径1.8～2.2mm、深度0.1～0.2mm，加热时间为0.001～0.1s；修形：在熔覆修复完成后用打磨工具进行打磨。本发明解决了现有技术中无法对涡轮盘铆点修复的问题。
Description
技术领域：
本发明涉及一种内燃机部件的修复方法，特别是涉及一种采用激光熔覆修复内燃机涡轮增压器轮盘损伤的方法，属于IPC国际专利分类表中的C23C24/10(2006.01)I技术领域。
背景技术：
涡轮增压器是一种在高温环境中超高速旋转的机械，其部件涡轮盘工作转速可达50000～240000转/分，如此高速旋转的机械往往会因安装使用不当而造成损坏，使用户蒙受一定的经济损失。由于涡轮盘上的叶片装配时存在间隙在高速旋转时可能会因为振动造成事故，所以为固定叶片，常在叶片装配后在两侧的隼齿上打铆点以紧固叶片，但铆点常常会在高速旋转时引起应力集中，从而导致轮盘失效、榫齿出现裂纹而引发事故。因此，必须采取某种方式对铆点进行复原维修。
目前采用的电焊堆焊方式，都会不可避免的产生大的热变形，对于涡轮盘这种高精密部件都是不可承受的。
因此，选择适当的涡轮增压器轮盘修复方法，保证修复后的涡轮增压器轮盘的加工误差小、热变形小、规范性强、修复后的轮盘性能好，是当前亟待解决的课题。
激光熔覆修复技术作为一种先进的再制造技术，近年来得到了迅速推广和广泛应用。
激光熔覆修复技术利用高能量激光束聚集能量极高的特点，瞬间将在基材表面预置或与激光同步自动送置的、具有特殊物理、化学或力学性能的合金粉末完全熔化，同时基材部分熔化，形成一种新的复合型材料，激光束扫描后快速凝固，获得与基体冶金结合的致密覆层，以达到恢复几何尺寸和表面强化的目的。
目前，关于利用激光熔覆工艺进行设备部件修复的专利和报道很多：例如，
公开号为CN101109083的中国发明专利申请给出的《发动机曲轴激光熔覆修复工艺》，是按以下步骤进行：A.在室温对曲轴表面进行除油除锈处理；B.选用DL-HL-T10000型CO2激光器，工作台为数控机床，利用激光器自动送粉装置把铁基或镍基自熔合金粉末送入熔池，在曲轴表面进行激光熔覆修复和强化；工艺参数为：熔覆功率P＝1000W～10000W；光斑直径D＝2mm～20mm；扫描速度V＝200～2000mm/min；搭接率20～40％。
公开号为CN101204757的中国发明专利申请给出的《一种薄壁圆筒件的激光熔覆工艺》，其工艺参数是：熔池尺寸直径为2～5mm、扫描速度是15～40mm/s，功率：2000～5000W；按螺旋线进行熔覆；其特征在于：每条螺旋线的始点按圆周分区交替进行，区域顺序保持尽量大的夹角。
公开号为CN101100746的中国发明专利申请给出的《渗碳类重载齿类件齿面激光熔覆粉末材料及修复方法》，该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％，其余未Fe；粉末粒度为-140目～+260目。激光熔覆单位时间作用能量密度为1.0×108W/m2～109W/m2。
现有技术给出的上述技术方案虽能利用激光熔覆工艺对部分设备部件进行修复，并通过配制适当的熔覆材料克服了激光熔层存在的裂纹、气孔和微观结构不均匀性的问题，取得一定的技术效果。但对其他特定的设备部件，尤其是在像内燃机涡轮增压器轮盘这种特殊部件，能否采用常规的激光熔覆成型工艺进行无裂纹和气孔缺陷、均质的修复，经本申请人检索查证：国内尚无先例，国外也没有见到相关报道，寻找出适当的采用激光熔覆的方式修复内燃机涡轮增压器轮盘的方法仍需所属领域的技术人员进一步作出创造性的研究工作。
发明内容：
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题，通过反复改进，给出一种内燃机涡轮增压器轮盘损伤的修复方法，该修复方法实现了对现有技术中其他方法不易实现的对涡轮盘铆点的修复，具有适应性强、操作简便、加工误差小、热变形小、规范性强、修复后的轮盘性能好等特点。
本发明给出的技术方案是：这种内燃机涡轮增压器轮盘损伤的修复方法，其特点是包括有以下步骤：
1.铆点的打磨预处理：运用锥形直磨头及直磨对待修铆点进行打磨，直磨头的形状尺寸刚好可以让光斑完全的射入底部而又不会造成过多的损伤，打磨方式是直磨垂直进入铆点扩孔直到将铆点完全扩成锥形直磨头的形状；
2.打磨位置的快速激光熔覆修复：用加工机的激光测距仪在待修部位附近进行扫描：扫描一组最短距离点，该组点为待修基面；最长距离点为待修部位底部，记录该点位置并且记录由该点距离逐渐缩短至最短距离的点，该位置为待修部位边缘；两位置平面距离为待修部位顶部尺寸半径，两距离差为待修部位深度并且将记录的数据输入加工机的预定激光熔覆程序；根据记录的点将光头移至待修部位底部，根据数据记录生成的加工机的预定激光熔覆程序，自动控制激光熔覆由底部至边缘做一个锥形螺旋扫描；
操作过程中的参数是：
激光熔覆时熔池尺寸直径1.8～2.2mm、深度0.1～0.2mm，加热时间为0.001～0.1s，
激光熔覆的合金粉末材料的化学成分(重量百分比)为：Cr：23～25％；Mo：14～16％；W：5～8％；Fe：6～10％；Co：3～5％；V：0.1～0.6％；Mn：0.5～2％；Si：0.2～2％；Y2O3：0.1～0.5％；Hf：0.1～0.5％；La2O3：0.1～0.5％；Ce：0.1～0.5％；Ni：余量。
这样很好的保证了变形量，对其他部位无明显影响，而且修复简便。
3.修形：在熔覆修复完成后用打磨工具进行打磨，要求打磨后熔覆位置与基面均匀过度无明显搭接痕迹，无明显凸凹不平。
在上述技术方案步骤2中的快速激光熔覆修复使用的激光加工机为现有的专业设备。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
实现了对现有技术中其他方法不易实现的对涡轮盘铆点的修复，而且本工艺适应性强、操作简便、加工误差小、热变形小、规范性强、修复后的轮盘性能也明显优于其他方法，具有巨大的价值。
具体实施方式：
实施例某内燃机涡轮增压器轮盘的修复工艺
工艺步骤如下：
1、将涡轮盘放在加工机上找平、卡正，用锥形直磨头及直磨对待修铆点进行打磨，直磨头的形状尺寸刚好可以让光斑完全的射入底部而又不会造成过多的损伤；打磨方式是直磨垂直进入铆点扩孔直到将铆点完全扩成锥形直磨头的形状；
2、用加工机的激光测距仪在待修部位附近进行扫描，扫描一组最短距离点，该组点为待修基面；最长距离点为待修部位底部，记录该点位置并且记录由该点距离逐渐缩短至最短距离的点，该位置为待修部位边缘；两位置平面距离为待修部位顶部尺寸半径，两距离差为待修部位深度并且将记录的数据输入加工机的预定激光熔覆程序；
3、根据记录的点将光头移至待修部位底部，根据数据记录生成的加工机的预定激光熔覆程序，自动控制激光熔覆由底部至边缘做一个锥形螺旋扫描，激光熔覆时熔池尺寸直径2mm、深度0.1～0.2mm，加热时间为0.001～0.1s，激光熔覆的合金粉末材料的化学成分(重量百分比)为：Cr：23～25％；Mo：14～16％；W：5～8％；Fe：6～10％；Co：3～5％；V：0.1～0.6％；Mn：0.5～2％；Si：0.2～2％；Y2O3：0.1～0.5％；Hf：0.1～0.5％；La2O3：0.1～0.5％；Ce：0.1～0.5％；Ni：余量。
4、依照上述步骤对下一点进行测量、扫描；
5、打磨、修形；
6、无损探伤检测。
Claims (1)
1.一种内燃机涡轮增压器轮盘损伤的修复方法，其特征在于有以下步骤：
(1)铆点的打磨预处理：运用锥形直磨头及直磨对待修铆点进行打磨，直磨头的形状尺寸刚好可以让光斑完全的射入底部而又不会造成过多的损伤，打磨方式是直磨垂直进入铆点扩孔直到将铆点完全扩成锥形直磨头的形状；
(2)打磨位置的快速激光熔覆修复：
用加工机的激光测距仪在待修部位附近进行扫描，扫描一组最短距离点，该组最短距离点为待修基面；最长距离点为待修部位底部，记录该最长距离点位置并且记录由该最长距离点距离逐渐缩短至最短距离点，该最短距离点的位置为待修部位边缘；两位置平面距离为待修部位顶部尺寸半径，两距离差为待修部位深度并且将记录的数据输入加工机的预定激光熔覆程序；根据记录的点将光头移至待修部位底部，根据数据记录生成的加工机的预定激光熔覆程序，自动控制激光熔覆由底部至边缘做一个锥形螺旋扫描；
操作过程中的参数是：激光熔覆时熔池尺寸直径2mm、深度0.1～0.2mm，加热时间为0.001～0.1s；激光熔覆的合金粉末材料的化学成分的重量百分比为：Cr：23～25％，Mo：14～16％，W：5～8％，Fe：6～10％，Co：3～5％，V：0.1～0.6％，Mn：0.5～2％，Si：0.2～2％，Y2O3：0.1～0.5％，Hf：0.1～0.5％，La2O3：0.1～0.5％，Ce：0.1～0.5％，Ni：余量；
(3)修形：在熔覆修复完成后用打磨工具进行打磨，要求打磨后熔覆位置与基面均匀过度无明显搭接痕迹，无明显凸凹不平。
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