CN102021565B - 一种内燃机增压器喷嘴环的修复方法 - Google Patents
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Abstract
一种内燃机增压器喷嘴环的修复方法，包括有清理喷嘴环裂纹、激光熔覆、修形和检测步骤，其特点是：清理喷嘴环裂纹时开取激光熔覆上口4～5mm，底口2～3mm，深2mm的形专用坡口；激光熔覆时采用全固态1KW激光器、全自动机械手臂进行激光熔覆的单面熔覆双面成型工艺操作。本发明实现了内燃机增压器喷嘴环的修复，而且修复工艺操作简单、适应性强、热变形小、规范性强，修复后的喷嘴环满足增压器的使用要求，对降低内燃机增压器的维修成本具有较大价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种内燃机零部件的修复方法，特别是涉及一种采用激光熔覆的方式修复内燃机增压器喷嘴环的方法，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
增压器是内燃机车提高功率，降低能耗的重要设备，在增压器中喷嘴环是关键部件。由于喷嘴环长期在650～700℃高温下持续工作，承受着氧化、腐蚀、冷热疲劳和热冲击的作用，因此，在喷嘴环内护环叶片排气边侧极易出现裂纹。而喷嘴环一旦出现裂纹，将无法继续使用，需将其进行更换。
随着我国铁路运事业的发展需求，内燃机车不断增速，目前大部分机车都在超负荷情况下运行，内燃机车里的关键部件增压器的故障率也不断增加，而在增压器检修过程中90％以上需要对喷嘴环进行更换，每年大约更换二千台次以上，因此，铁道部为了降低增压器的维修成本，加快维修工期，要求必须对喷嘴环进行修复。
因此，选择适当的内燃机增压器喷嘴环修复方法，保证修复后内燃机增压器喷嘴环的热变形小、规范性强及修复后的喷嘴环满足增压器的使用要求，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，尤其是在像内燃机增压器喷嘴环这种关键部件，能否采用常规的激光熔覆修复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增压器喷嘴环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，通过反复研究改进，给出了一种内燃机增压器喷嘴环的修复方法，该修复方法实现了内燃机增压器喷嘴环的修复，而且修复工艺操作简单、适应性强、热变形小、规范性强，修复后的喷嘴环满足增压器的使用要求，对降低内燃机增压器的维修成本具有巨大价值。
本发明给出的技术方案是：这种内燃机增压器喷嘴环的修复方法，包括有清理喷嘴环裂纹、激光熔覆、修形和检测步骤，其特点是：
清理喷嘴环裂纹时开取激光熔覆上口4～5mm，底口2～3mm，深2mm的
形专用坡口；
激光熔覆时采用全固态1KW激光器、全自动机械手臂进行激光熔覆的单面熔覆双面成型工艺操作，激光熔覆参数为：熔池直径2～3mm，深度0.2～0.4mm，加热时间0.01～0.1S，激光熔覆材料化学成份以质量百分数表示：C≤0.08、Mn≤0.5、Si≤0.3、Cr 19～23、Mo 3～5、W 3～5、Al 1～3、Ti 2～4、Fe 3～5、B 0.002～0.006、Zr 0.03～0.08、Ni余量。
在上述技术方案的激光熔覆中采用的全固态1KW激光器、全自动机械手臂为现有本行业的通用专业设备。
为更好的完成本发明的目的，确保所开取的激光熔覆专用坡口在加工过程中与光头保持垂直，所述激光熔覆中采用了确保光头与熔覆坡口的始终垂直的工装，该工装包括底座，底座上设有支架，支架上设有卡盘，卡盘上设有卡盘旋转电机和卡盘翻转角度电机，将喷嘴环安装在卡盘上，用卡盘翻转角度电机调整喷嘴环熔覆部位的坡口与在全自动机械手臂上的光头垂直，以保持激光熔覆过程中的始终垂直，将此坡口激光熔覆完成后，用卡盘旋转电机带动卡盘转动至喷嘴环的下一个熔覆坡口后，再调整卡盘翻转角度电机和光头，实现光头与熔覆坡口垂直后，再进行激光熔覆，以此方法循环至喷嘴环上所有坡口熔覆完成，此工装利用卡盘旋转电机和卡盘翻转角度电机，轻松实现了每个激光熔覆坡口角度的调整，保证了在激光熔覆过程中光头与熔覆坡口的始终垂直。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：实现了内燃机增压器喷嘴环的修复，而且本修复工艺操作简单、适应性强、热变形小、规范性强，修复后的喷嘴环满足增压器的使用要求，对降低内燃机增压器的维修成本具有巨大价值。
附图说明
附图为激光熔覆用工装的结构示意图。
具体实施方式
实施例1某内燃机增压器喷嘴环的修复过程
喷嘴环损伤情况：在喷嘴环内护环叶片排气边侧存在五条，长度在2～5mm裂纹。
修复步骤如下：
1)修复前检测并记录。
2)激光熔覆前将检测出的五条裂纹，分别开取①上口4mm，底口2mm，深2mm；②上口4mm，底口3mm，深2mm，③上口5mm，底口2mm，深2mm；④上口5mm，底口3mm，深2mm；⑤上口4mm，底口3mm，深2mm；五个激光熔覆专用
形坡口。
3)激光熔覆：
①熔覆时将喷嘴环安装在工装上，调整坡口角度，方便激光熔覆。
②熔覆时实现激光熔覆的单面熔覆双面成型工艺方法，其工艺参数为：熔池直径2mm，深度约0.3mm，加热时间0.01S，激光熔覆材料化学成份以质量百分数表示：C≤0.08、Mn≤0.5、Si≤0.3、Cr19～23、Mo 3～5、W 3～5、Al 1～3、Ti 2～4、Fe 3～5、B 0.002～0.006、Zr 0.03～0.08、Ni余量。
4)修形；
5)熔覆后检测并记录，不允许有裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
如图所示，激光熔覆过程中使用的工装，主要包括底座1、支架2、卡盘3、卡盘旋转电机4、卡盘翻转角度电机5，其中底座1上设有支架2，支架2上设有卡盘3，卡盘3上设有卡盘旋转电机4和卡盘翻转角度电机5。将喷嘴环6安装在卡盘3上，用卡盘翻转角度电机5调整喷嘴环6熔覆部位的坡口与在全自动机械手臂7上的光头8垂直，以保持激光熔覆过程中的始终垂直，将第一坡口激光熔覆完成后，用卡盘旋转电机4带动卡盘3转动至第二个熔覆坡口，调整卡盘翻转角度电机5和光头8，实现光头8与第二熔覆坡口垂直后，继续进行激光熔覆，以此方法将剩余三个坡口熔覆完成。图中标记：9为全固态激光器。
该工装角度调整精确、简便，满足喷嘴环的激光熔覆作业要求。
Claims (2)
1.一种内燃机增压器喷嘴环的修复方法，包括有清理喷嘴环裂纹、激光熔覆、修形和检测步骤，其特征在于：
清理喷嘴环裂纹时开取激光熔覆上口4～5mm，底口2～3mm，深2mm的
形专用坡口；
激光熔覆时采用全固态1KW激光器、全自动机械手臂进行激光熔覆的单面熔覆双面成型工艺操作，激光熔覆参数为：熔池直径2～3mm，深度0.2～0.4mm，加热时间0.01～0.1s，激光熔覆材料化学成份以质量百分数表示：C≤0.08、Mn≤0.5、Si≤0.3、Cr 19～23、Mo 3～5、W 3～5、Al 1～3、Ti 2～4、Fe 3～5、B 0.002～0.006、Zr 0.03～0.08、Ni余量。
2.根据权利要求1所述的内燃机增压器喷嘴环的修复方法，其特征在于激光熔覆中采用了确保光头与熔覆坡口的始终垂直的工装，该工装包括底座，底座上设有支架，支架上设有卡盘，卡盘上设有卡盘旋转电机和卡盘翻转角度电机。
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