CN102392242A

CN102392242A - 一种海水泵泵轴激光熔覆工艺

Info

Publication number: CN102392242A
Application number: CN2011103767219A
Authority: CN
Inventors: 肖宇; 李松梅; 叶剑; 孙霖; 王邻睦; 杨建坤; 沈国华; 薛强; 芦晓婕
Original assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; CNOOC Energy Technology and Services Ltd
Current assignee: China National Offshore Oil Corp CNOOC; CNOOC Energy Technology and Services Ltd
Priority date: 2011-11-23
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2012-03-28

Abstract

本发明提供一种海水泵泵轴的激光熔覆工艺，采用半导体激光器作为热源，以铁基或镍基合金粉末作为熔覆材料，实现熔覆层与泵轴基材成冶金结合，熔覆层硬度为HRC20-60，激光熔覆工艺参数如下：激光器输出功率1800～2000W；激光波长980nm±10nm，对泵轴基材的吸收率较好，热损失小；激光焦距360～380mm；聚束光斑面积5×6mm，热量集中，激光功率较小的情况下就能实现基材与粉末的熔覆；熔覆熔池宽度4～6mm；扫描速率3～5mm/s；单层熔覆厚度0.2～0.8mm；按螺旋线熔覆，两熔池间搭接量为20～30％以实现热量的均匀注入，能够有效降低热应力和热变形。采用此方法对海水泵泵轴进行修复，零件变形小，综合机械性能优良。

Description

一种海水泵泵轴激光熔覆工艺

技术领域

本发明涉及一种利用激光进行工件表面修复的工艺，尤其涉及一种海水泵泵轴激光熔覆工艺。

背景技术

目前，对水泵泵轴的修复主要采用热喷涂、电刷镀、电弧焊和冷堆焊等技术。这些传统的修复方法虽然实施起来技术成熟、方便快捷，可以恢复泵轴几何尺寸和提高耐磨性，但修复后存在镀层薄、涂层与泵轴表面的结合强度不高，还容易由于局部应力集中而产生涂层裂纹或涂层剥落，在一定程度上降低了强化和修复效果；而且传统的修复工艺还存在泵轴受热易变形以及冷修复次数受限及易造成污染等缺点。而海水泵泵轴，作为大型贵重零部件难以采用上述方法保证其修复质量。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种海水泵泵轴激光熔覆工艺，采用激光熔覆方法修复海水泵泵轴，优化设计泵轴修复工艺，实现熔覆层与基体结合强度高，具有耐磨性能好，热影响区小，热应力低，零件不变形的特点。

为了解决上述技术问题，本发明一种海水泵泵轴激光熔覆工艺予以实现的技术方案是：采用半导体激光器作为热源，以铁基或镍基合金粉末作为熔覆材料，以实现熔覆层与泵轴基材成冶金结合，熔覆层硬度为HRC20-60，激光熔覆工艺参数如下：激光器输出功率：1800～2000W；激光波长：980nm±10nm；激光焦距：360～380mm；聚束光斑面积：5×6mm；熔覆熔池宽度：4～6mm；扫描速率：3～5mm/s；单层熔覆厚度：0.2～0.8mm；按螺旋线熔覆，泵轴转速＝扫描速率/(π×泵轴直径)，激光器直线进给速度＝熔覆熔池宽度×(1-两熔池间搭接量)×泵轴转速，其中，所述两熔池间搭接量为20～30％。

进一步讲：所述单层熔覆厚度优选为0.5mm，所述两熔池间搭接量优选为30％。另外，为了实现熔覆材料与泵轴基体良好的冶金结合，所述熔覆材料选取与泵轴材质相近的铁基或镍基合金粉末，从而形成无裂纹等缺陷的均匀致密熔覆层。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明使用半导体激光器作为热源，选取与海水泵泵轴材质相近的铁基或镍基合金粉末作为熔覆材料，编制数控仿形程序，设计优化激光熔覆工艺参数，熔覆层厚度可控制在0.2至0.8毫米范围，熔覆层硬度可达到HRC20-60，具有优良的耐磨性能。本发明激光熔覆工艺具有无污染、生产效率高、能耗低、熔覆层加工余量小以及综合成本低等特点，对海水泵泵轴的修复具有结合强度高、残余应力小、无加工变形、表面硬度高、抗磨性好等优点。

具体实施方式

本发明一种海水泵泵轴激光熔覆工艺，采用半导体激光器作为热源，以铁基或镍基合金粉末作为熔覆材料，实现熔覆层与泵轴基材成冶金结合，熔覆层硬度为HRC20-60，激光熔覆工艺参数如下：激光器输出功率：1800～2000W；激光波长：980nm±10nm；激光焦距：360～380mm；聚束光斑面积：5×6mm；熔覆熔池宽度：4～6mm；扫描速率：3～5mm/s；单层熔覆厚度：0.2～0.8mm；按螺旋线熔覆，泵轴转速＝扫描速率/(π×泵轴直径)，激光器直线进给速度＝熔覆熔池宽度×(1-两熔池间搭接量)×泵轴转速，其中，所述两熔池间搭接量为20～30％。

以下通过实施例讲述本发明的详细过程，提供实施例是为了理解的方便，绝不是限制本发明。

实施例一：

所修复的泵轴材质为42CrMoA，修复位的直径85mm。修复前，将修复位清洗擦拭干净、去除油污，而后打磨抛光去除氧化层。选取与42CrMoA化学成分相近的铁基粉末作为熔覆材料，使用前150℃烘烤半小时，冷却后待用。可选用的熔覆材料化学成分(wt％)为：C含量0.5，Si含量2.5，B含量1.3，Cr含量18，Ni含量9，基础材料Fe。

采用半导体激光器作为热源，激光器输出功率为1950W，激光波长为980nm±10nm，激光焦距为370mm，聚束光斑面积为5×6mm，用激光光斑窄边进行熔覆，得到熔覆熔池宽度5mm，搭接量选定为30％(1.5mm)，扫描速率4.5mm/s，因此，泵轴转速＝扫描速率/(π×泵轴直径)＝1.0r/min，由此计算激光器直线进给速度3.5mm/min。

设定半导体激光器出光镜头前端到待修泵轴表面距离为370mm，激光器上电预热。修复总长度为泵轴轴向上的损伤长度+2倍熔池宽度，即根据待修位在轴向的长度，对机床示教编程得到修复总长度在损伤长度的基础上两边分别多加两道熔池的宽度。将熔覆材料粉末装入送粉器后，调节送粉器送分量为6.1g/min，然后开启氮气保护、开启送粉器、机床开启、激光器出光，完成熔覆。

经以上操作，得到熔覆层厚度在0.6mm左右，熔覆层硬度硬度HRC29左右，表面平整，无裂缝、气孔等缺陷，熔覆层与基体成冶金结合，基体无热变形，机械性能良好。

实施例二：

所修复的泵轴材质为316L不锈钢，修复位的直径90mm。修复前，可使用丙酮将修复位清洗干净、去除油污，而后打磨抛光去除氧化层。选取与316L不锈钢化学成分相近的铁基粉末作为熔覆材料，使用前150℃烘烤半小时，冷却后待用。可选用的熔覆材料化学成分(wt％)为：碳含量0.1，Si含量3.0，B含量1.5，Cr含量6.0，Ni含量28，基础材料Fe。

半导体激光器输出功率1900W，激光波长980nm±10nm，激光焦距370mm，聚束光斑面积5×6mm，用激光光斑窄边进行修复，得到熔覆熔池宽度5mm，搭接量选定为30％(1.5mm)，扫描速率5mm/s，因此泵轴转速＝扫描速率/(π×泵轴直径)＝1.0r/min，由此计算激光器进给速度3.5mm/min。

设定半导体激光器出光镜头到待修修泵轴表面距离为370mm，激光器上电预热。修复总长度为泵轴轴向上的损伤长度+2倍熔池宽度，即根据待修位在轴向的长度，对机床示教编程得到修复总长度在损伤长度的基础上两边分别多加两道熔池的宽度。将熔覆材料粉末装入送粉器后，调节送粉器送分量为5.3g/min，然后开启氮气保护、开启送粉器、机床开启、激光器出光，完成熔覆。

经以上操作，得到熔覆层厚度在0.5mm左右，熔覆层硬度HRC22左右，表面平整，无裂缝、气孔等缺陷，熔覆层与基体成冶金结合，基体无热变形，机械性能良好。

实施例三：

所修复的泵轴材质为1Cr18Ni9Ti，修复位直径135mm。修复前，可使用丙酮将修复位清洗干净、去除油污，而后打磨抛光去除氧化层。选取与1Cr18Ni9Ti化学成分相近的铁基粉末作为熔覆材料，使用前150℃烘烤半小时，冷却后待用。可选用的熔覆材料化学成分(wt％)为：碳含量0.1，Si含量2.0，B含量2.0，Cr含量22，Ni含量15，基础材料Fe。

半导体激光器输出功率1850W，激光波长980nm±10nm，激光焦距370mm，聚束光斑面积5×6mm，用激光光斑窄边进行修复，得到熔覆熔池宽度5mm，搭接量选定为30％(1.5mm)，扫描速率5mm/s，因此泵轴转速＝扫描速率/(π×泵轴直径)＝0.7r/min，由此计算激光器进给速度2.5mm/min。

设定半导体激光器出光镜头到待修修泵轴表面距离为370mm，激光器上电预热。修复总长度为泵轴轴向上的损伤长度+2倍熔池宽度，即根据待修位在轴向的长度，对机床示教编程得到修复总长度在损伤长度的基础上两边分别多加两道熔池的宽度。将熔覆材料粉末装入送粉器后，调节送粉器送分量为6.4g/min，然后开启氮气保护、开启送粉器、机床开启、激光器出光，完成单层熔覆，单层厚度0.4mm左右。

由于所修复泵轴损伤较深，建议分两层熔覆，单层熔覆后再重复采用上述方法进行第二层熔覆。经上述操作得到熔覆层厚度0.8mm左右，熔覆层硬度HRC22左右，表面平整，无裂缝、气孔等缺陷，熔覆层与基体成冶金结合，基体无热变形，机械性能良好。

尽管上面对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种海水泵泵轴激光熔覆工艺，其特征在于：采用半导体激光器作为热源，以铁基或镍基合金粉末作为熔覆材料，实现熔覆层与泵轴基材成冶金结合，熔覆层硬度为HRC20-60，激光熔覆工艺参数如下：

激光器输出功率：1800～2000W；激光波长：980nm±10nm；激光焦距：360～380mm；聚束光斑面积：5×6mm；熔覆熔池宽度：4～6mm；扫描速率：3～5mm/s；单层熔覆厚度：0.2～0.8mm；

按螺旋线熔覆，泵轴转速＝扫描速率/(π×泵轴直径)，激光器直线进给速度＝熔覆熔池宽度×(1-两熔池间搭接量)×泵轴转速，其中，所述两熔池间搭接量为20～30％。

2.根据权利要求1所述的一种海水泵泵轴激光熔覆工艺，其特征在于：所述激光器输出功率为1950W，激光焦距为370mm，熔覆熔池宽度为5mm，扫描速率为4.5mm/s，单层熔覆厚度为0.5mm，所述两熔池间搭接量为30％，激光器直线进给速度3.5mm/min。

3.根据权利要求1所述的一种海水泵泵轴激光熔覆工艺，其特征在于：所述激光器输出功率为1900W，激光焦距为370mm，熔覆熔池宽度为5mm，扫描速率5mm/s，单层熔覆厚度为0.5mm，所述两熔池间搭接量为30％，激光器直线进给速度3.5mm/min。

4.根据权利要求1所述的一种海水泵泵轴激光熔覆工艺，其特征在于：所述激光器输出功率为1850W，激光焦距为370mm，熔覆熔池宽度为5mm，扫描速率为5mm/s，单层熔覆厚度为0.5mm，所述两熔池间搭接量为30％，激光器直线进给速度2.5mm/min。

5.根据权利要求1所述的一种海水泵泵轴激光熔覆工艺，其特征在于：修复总长度为泵轴轴向上的损伤长度+2倍焊缝的宽度。

6.根据权利要求2或3或4所述的一种海水泵泵轴激光熔覆工艺，其特征在于：所述熔覆材料选取与泵轴材质相近的铁基或镍基合金粉末。