CN103046044B - 一种激光熔敷复合粉末及对废旧辊道辊表面再制造的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种激光熔敷复合粉末，其特征在于包括下述重量组分：Stellite3粉末5～20%、Y2O3粉末3～5%、Ni60粉末余量。上述三种粉末的粒度均为140～325目。对废旧辊道辊表面再制造的方法包括车削去除废旧辊道辊表面层、配制激光熔敷粉末、设置工艺参数、感应加热与激光熔敷以及回火热处理等步骤。与现有技术相比较，本发明能显著提高表面硬度和耐磨性能，可有效减少熔敷层裂纹，提高粉末利用率，可进行大面积激光熔敷表面再制造等优点。

Description

一种激光熔敷复合粉末及对废旧辊道辊表面再制造的方法

技术领域

本发明涉及到装备再制造工程技术领域，具体指一种热轧传输辊道辊的激光熔敷复合粉末及对废旧辊道辊表面再制造的方法。

背景技术

进入21世纪以来，以优质、高效、安全、可靠、节能、节材为目标的装备再制造表面工程技术得到了飞速的发展。尤其是针对因磨损、腐蚀、疲劳而丧失尺寸及表面功能的废旧部件，采用再制造表面工程技术完全可以重新恢复部件尺寸，并赋予其耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射等优异性能，形成性能优异的再制造装备或部件产品。

以冶金行业为例，磨损、腐蚀、疲劳等对冶金设备造成巨大的损失。我国每年因此而报废的冶金部件如各种轧辊、辊道辊、支撑辊、退火炉底辊、炼钢用氧枪、高炉风口、连铸结晶器等数亿吨，有些还是价格昂贵的进口件。其中辊道辊是传输热轧钢板钢带的关键部件，数量是各种辊类部件中最多的，每年必须耗用大量的备品备件。但这些辊道辊部件的报废大部分是因为表面发生磨损、腐蚀或疲劳而引起的尺寸不够、表面特种功能丧失等，整个部件的基体还可恢复利用。绝大部分可以采用表面强化技术实现再制造，从而实现节能节材、循环利用、减少排放等重大社会效益和经济效益。

目前，可用于装备部件再制造的表面强化技术有热喷涂、堆焊、气相沉积、电镀、化学镀、激光熔敷等。其中，电弧堆焊、等离子堆焊技术已经在轧辊、支承辊、辊道辊等冶金部件的表面再制造产业化中获得应用，但它存在的缺点较多，如堆焊稀释率高，堆焊材料与堆焊层成分存在差距；堆焊层热应力和组织应力大，堆焊层容易产生裂纹和剥落；堆焊工件变形和焊后加工余量大；堆焊前需要很高的预热处理温度，工艺复杂，劳动强度大，耗能严重等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种用于废旧设备表面处理的激光熔覆复合粉末。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种使用激光熔覆粉末对废旧辊道辊表面再制造的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该激光熔敷复合粉末，其特征在于包括下述重量组分：

Stellite3粉末         5～20%

Y2O3粉末              3～5%

Ni60粉末              余量

上述三种粉末的粒度均为140～325目。

使用所述的热轧传输辊道辊的激光熔敷粉末对废旧辊道辊表面再制造的方法，其特征在于包括下述步骤：

1）车削去除废旧辊道辊表面的氧化层、疲劳层和表面裂纹，车削量为辊道辊标准尺寸以下2.5～3.5mm；车削完成后先用汽油去除辊道辊表面的油污和铁屑，后用丙酮清洗使辊道辊表面洁净；

2）按配比配制所述的激光熔敷粉末，并混合均匀；

3）设置感应加热与激光熔敷工艺参数

①中频感应加热功率40KW～60KW，功率因数为0.8～1.0，单匝感应圈直径100mm～200mm；

②采用3KW光纤激光器和五轴四联动数控机床，激光功率为2～3KW；采用圆形光斑，光斑直径为2～5mm，通过调节离焦量实现，离焦量为：+15mm～+50mm；

③采用六通道同轴送粉激光熔敷头，送粉速度20g/min～30g/min；

④激光熔敷保护气为纯度99.9%的瓶装氩气，气流量为：3L/min～7L/min；

⑤沿着激光熔敷方向，感应圈在激光熔敷光斑之前，二者相距50mm～100mm；钢丝刷在激光熔敷光斑之后，两者相距80～120mm；

4）感应加热与激光熔敷

当辊道辊装夹好以后，编制数控机床的行走控制程序，首先转动夹紧辊道辊的主轴，主轴转速为5rpm～15rpm，然后开启感应加热电源，待预热部位达到600℃～700℃时，再开启激光器及送粉器，沿激光熔敷方向同步移动感应圈、激光熔敷头及钢丝刷；激光熔敷轨迹为螺旋状，熔敷搭接量为30%～50%，每次熔敷厚度为1.2mm～1.5mm，钢丝刷的作用是刷掉熔敷层表面的渣皮或散落的粉末，等钢丝刷刷完全部熔敷层后回到起始位置，再进行第二、第三层熔敷；

5）回火热处理

激光熔敷辊道辊的回火热处理温度为450℃～600℃，保温时间4～10小时，随炉缓冷至100℃以下出炉空冷。

本发明专利与现有技术相比具有以下有益效果：

1）、本发明提供了一种用于对废旧设备表面进行激光熔覆的复合粉末配方，

1）、本发明的具体实施工艺与电弧堆焊、等离子堆焊再制造表面强化技术相比，具有熔敷材料利用率高，熔敷层稀释率小，工件变形小，易实现自动化控制；可以实现在线快速表面预热，无需专门热处理炉预热，节能节材；可在线去除熔敷层表面的渣皮或散落的粉末，加工效率高，减少了人工操作的危险性等优点。而且可以得到细晶粒组织，能显著提高表面硬度和耐磨性能，表面显微硬度最高能达到HV750以上，耐磨性能可提高1倍以上。

2）、与单一的激光熔敷工艺相比，可有效减少熔敷层裂纹，提高粉末利用率，可进行大面积激光熔敷表面再制造等优点。

附图说明

图1为本发明实施例的工艺装置示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

图1中：1为感应设备，2为熔敷方向，3为熔敷头，4为感应线圈，5为钢丝刷，6为熔敷层。

实施例1

（1）、将直径为96mm的废旧辊道辊表面的氧化层、疲劳层和表面裂纹车削去除，车削量为辊道辊标准尺寸以下2.8mm，车削完后用丙酮和汽油去除轧辊表面油污和铁屑。

（2）、激光熔敷复合粉末材料配制：将粒径为140～325目的粉末Ni60+Stellite3（5%wt）+Y2O3（5%wt）在混粉机中混合均匀。

（3）、设置感应加热与激光熔敷工艺参数：

①中频感应加热功率40KW，单匝感应圈直径100mm。

②采用3KW光纤激光器和五轴四联动数控机床，激光功率为3KW；采用圆形光斑，光斑直径为5mm，离焦量为：+50mm。

③采用六通道同轴送粉激光熔敷头，送粉速度20g/min。

④激光熔敷保护气为纯度99.9%的瓶装氩气，气流量为：3L/min。

⑤沿着激光熔敷方向，感应圈在激光熔敷光斑之前，二者相距100mm；钢丝刷在激光熔敷光斑之后，两者相距120mm。

（4）、感应加热与激光熔敷

当辊道辊装夹好以后，编制五轴四联动数控机床CNC控制程序，首先转动夹紧辊道辊的主轴，主轴转速为15rpm，然后开启感应加热电源，待预热部位达到600℃～700℃时，再开启激光器及送粉器，沿激光熔敷方向同步移动感应圈、激光熔敷头及钢丝刷。激光熔敷轨迹为螺旋状，熔敷搭接量为50%，等钢丝刷刷完全部熔敷层表面的渣皮或散落的粉末后回到起始位置，再进行第二、第三层熔敷。

（5）、回火热处理

激光熔敷辊道辊的回火热处理温度为450℃，保温时间4小时，随炉缓冷至100℃以下出炉空冷。

其力学性能测试和表面渗透探伤结果如表1所示。

实施例2：

（1）、将直径为148mm废旧辊道辊表面的氧化层、疲劳层和表面裂纹车削去除，车削量为辊道辊标准尺寸以下3.0mm。车削完成后用丙酮和汽油去除轧辊表面油污和铁屑。

（2）、激光熔敷复合粉末材料配制：将粒径为140～325目的粉末Ni60+Stellite3（12.5%wt）+Y2O3（4%wt）在混粉机中机械混合。

（3）、设置感应加热与激光熔敷工艺参数：

①中频感应加热功率50KW，单匝感应圈直径150mm。

②采用3KW光纤激光器和五轴四联动数控机床，激光功率为2.5KW；采用圆形光斑，光斑直径为3.5mm，离焦量为：+30mm。

③采用六通道同轴送粉激光熔敷头，送粉速度25g/min。

④激光熔敷保护气为纯度99.9%的瓶装氩气，气流量为：7L/min。

⑤沿着激光熔敷方向，感应圈在激光熔敷光斑之前，二者相距75mm；钢丝刷在激光熔敷光斑之后，两者相距100mm。

（4）、感应加热与激光熔敷

当辊道辊装夹好以后，编制五轴四联动数控机床CNC控制程序，首先转动夹紧辊道辊的主轴，主轴转速为10rpm，然后开启感应加热电源，待预热部位达到600℃～700℃时，再开启激光器及送粉器，沿激光熔敷方向同步移动感应圈、激光熔敷头及钢丝刷。激光熔敷轨迹为螺旋状，熔敷搭接量为40%，等钢丝刷刷完全部熔敷层表面的渣皮或散落的粉末后回到起始位置，再进行第二、第三层熔敷。

（5）、回火热处理

激光熔敷辊道辊的回火热处理温度为520℃，保温时间6小时，随炉缓冷至100℃以下出炉空冷。

其力学性能测试和表面渗透探伤结果如表2所示。

表2

实施例3：

（1）、将直径为196废旧辊道辊表面的氧化层、疲劳层和表面裂纹车削去除，车削量为辊道辊标准尺寸以下3mm。车削完成后用丙酮和汽油去除轧辊表面油污和铁屑。

（2）、激光熔敷复合粉末材料配制：将粒径为140～325目的粉末Ni60+Stellite3（20%wt）+Y2O3（3%wt）在混粉机中机械混合。

（3）、设置感应加热与激光熔敷工艺参数：

①中频感应加热功率60KW，单匝感应圈直径200mm。

②采用3KW光纤激光器和五轴四联动数控机床，激光功率为2KW；采用圆形光斑，光斑直径为2mm，离焦量为：+15mm。

③采用六通道同轴送粉激光熔敷头，送粉速度30g/min。

④激光熔敷保护气为纯度99.9%的瓶装氩气，气流量为：7L/min。

⑤沿着激光熔敷方向，感应圈在激光熔敷光斑之前，二者相距50mm；钢丝刷在激光熔敷光斑之后，两者相距80mm。

（4）、感应加热与激光熔敷

当辊道辊装夹好以后，编制五轴四联动数控机床CNC控制程序，首先转动夹紧辊道辊的主轴，主轴转速为5rpm，然后开启感应加热电源，待预热部位达到600℃～700℃时，再开启激光器及送粉器，沿激光熔敷方向同步移动感应圈、激光熔敷头及钢丝刷。激光熔敷轨迹为螺旋状，熔敷搭接量为30%，钢丝刷的作用是刷掉熔敷层表面的渣皮或散落的粉末，等钢丝刷刷完全部熔敷层表面的渣皮或散落的粉末后回到起始位置，再进行第二次、第三次熔敷。

（5）、回火热处理

激光熔敷辊道辊的回火热处理温度为600℃，保温时间10小时，随炉缓冷至100℃以下出炉空冷。

其力学性能测试和表面渗透探伤结果如表3所示。

表3

表面硬度采用TH-320型显微硬度计检测，参照标准GB/T4340.1-2009；表面渗透探伤方法参照JB/T4370.5-2005标准进行。

Claims (1)

1.一种激光熔敷复合粉末对废旧辊道辊表面再制造的方法，其特征在于包括下述步骤：

1)车削去除废旧辊道辊表面的氧化层、疲劳层和表面裂纹，车削量为辊道辊标准尺寸下的2.5～3.5mm；车削完成后先用汽油去除辊道辊表面的油污和铁屑，后用丙酮清洗使辊道辊表面洁净；

2)按配比配制所述的激光熔敷粉末，并混合均匀；

所述激光熔敷复合粉末的重量组分如下：

Stellite3粉末     5～20％

Y2O3粉末          3～5％

Ni60粉末          余量

上述三种粉末的粒度均为140～325目；

3)设置感应加热与激光熔敷工艺参数

①中频感应加热功率40KW～60KW，功率因数为0.8～1.0，单匝感应圈直径100～200mm；

②采用3KW光纤激光器和五轴四联动数控机床，激光功率为2～3KW；采用圆形光斑，光斑直径为2～5mm，通过调节离焦量实现，离焦量为：+15mm～+50mm；

③采用六通道同轴送粉激光熔敷头，送粉速度20～30g/min；

④激光熔敷保护气为纯度99.9％的瓶装氩气，气流量为：3L/min～7L/min；

⑤沿着激光熔敷方向，感应圈在激光熔敷光斑之前，二者相距50mm～100mm；钢丝刷在激光熔敷光斑之后，两者相距80～120mm；

4)感应加热与激光熔敷

当辊道辊装夹好以后，编制数控机床的行走程序，首先转动夹紧辊道辊的主轴，主轴转速为5rpm～15rpm，然后开启感应加热电源，待预热部位达到600℃～700℃时，再开启激光器及送粉器，沿激光熔敷方向同步移动感应圈、激光熔敷头及钢丝刷；激光熔敷轨迹为螺旋状，熔敷搭接量为30％～50％，每次熔敷厚度为1.2mm～1.5mm，钢丝刷的作用是刷掉熔敷层表面的渣皮或散落的粉末，等钢丝刷刷完全部熔敷层后回到起始位置，再进行第二、第三层熔敷；

5)回火热处理

激光熔敷辊道辊的回火热处理温度为450℃～600℃，保温时间4～10小时，随炉缓冷至100℃以下出炉空冷。