CN103537848A - 一种大直径液压油缸缸体的修复再制造系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大直径液压油缸缸体的修复再制造系统和方法,该系统包括低温氩弧焊环焊装置和油缸缸体固定装置,该方法设计了一种低温氩弧焊内表面环焊加内表面层渗氮联合解决方案,其中低温氩弧焊内表面环焊中创新了工艺条件:焊丝H12Cr24Ni13Si、焊丝直径1.2、1.6或2.0mm、送丝速度1400-1600mm/min、预熔时间3s、引弧电流60-70A、每道焊缝宽度4-8mm、焊接厚度3-8mm、缸体旋转线速度300-350mm/min,焊头进给量3-7mm/r、氩气输送量8L/min。通过本发明的方法在大幅减少内表面修复过程中所产生的缸体椭圆度变形的前提下,提高了修复层结合强度,修复层具备相对于新产品更好的抗应力腐蚀和抗磨损性能,同时兼顾了良好的经济适用性,通过修复方法实现了大直径液压油缸缸体的重新利用。

Description

一种大直径液压油缸缸体的修复再制造系统和方法
技术领域
本发明涉及设备修复再制造技术领域,更具体的涉及一种大直径液压油缸缸体的修复再制造系统和方法。
背景技术
液压支架是开采业中的一种重要设备,它能可靠而有效地支撑和控制工作面的顶板,防止矸石进入回采工作面和推进输送机。液压油缸缸体是液压支架的重要组成部分,是用于控制开采工作面矿山压力的承压结构件,液压油缸的承压能力和可靠性往往直接影响开采作业面的工作效率和安全性。在是实际的开采使用中,油缸缸体由于长时间承受很大的压力和弱酸性的潮湿环境,往往容易出现局部甚至是整体的涨缸及油缸缸体内表面的严重应力腐蚀。这直接造成了液压支架的泄压,极大的降低了工作面的开采效率,甚至是安全事故。现有技术中常规的液压油缸缸体修复方式主要包括三种方式:(1)、电镀修复法,该方法修复后的油缸缸体内壁具有良好的防锈性能,但是由于电镀方法的限制只能修复尺寸在1mm内的油缸内部缺陷,而Ф280mm以上的大直径油缸缸体在使用失效时的涨缸往往能达到5~10mm,使用电镀修复法无法应用于这种缺陷尺寸,同时电镀层的结合强度低,使用中往往容易出现鼓包、脱层的现象,因此该工艺的适用面很窄;(2)、热喷涂修复法,使用耐腐蚀金属粉末对油缸内壁进行喷涂。该工艺修复层实际最大可在3mm左右的范围内,满足油缸内表面的应力腐蚀的修复要求,但是对于大直径油缸涨缸修复不具备可行性,同时与电镀法相同,修复层结合强度低于100Mpa,同时喷涂层在超过2mm后容易出现脱落的问题;(3)、激光熔敷修复法,采用激光光斑加热粉状或其它熔敷材料进行内表面熔敷。该方法具有熔敷表面质量高,熔敷层结合强度高的特点。但在大面积的内表面熔敷过程中,光斑外缘和内缘差别大,焊缝较窄,难以生成完美的大面积内表面熔敷层,修复层厚度对于5~10mm的涨缸有一定的局限性,最重要的是该工艺修复后的油缸成本往往比新液压油缸造价高出数倍,没有再制造的经济适用性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足,提供一种大直径液压油缸缸体的修复再制造系统和方法,该方法针对Ф280mm以上大直径液压油缸缸体的涨缸及内表面的应力腐蚀,设计一种低温氩弧焊内表面环焊加内表面层渗氮联合解决方案,其中低温氩弧焊内表面环焊基于本单位常年的生产实践经验创新了环焊技术路线和工艺条件,在大幅减少内表面修复过程中所产生的缸体椭圆度变形的前提下,提高了修复层结合强度,修复层具备相对于新产品更好的抗应力腐蚀和抗磨损性能,同时兼顾了良好的经济适用性,通过修复方法实现了大直径液压油缸缸体的重新利用。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下:
一种大直径液压油缸缸体修复再制造系统,包括低温氩弧焊环焊装置和油缸缸体固定装置,所述低温氩弧焊环焊装置包括:焊机支架1、垂直导轨2、降温工作臂3、红外探头4、水冷喷头5、水平导轨6、焊接工作臂7、氩弧焊焊头8、工作电源9、送丝机构10和氩气源11,所述焊机支架1竖直放置,并在其上设置有所述垂直导轨2,所述降温工作臂3上固定有所述水平导轨6并一同连接于所述垂直导轨2,且能够沿垂直导轨2在竖直方向进行上下滑动,所述降温工作臂3的水平导轨6上设置有所述红外探头4和水冷喷头5,所述红外探头4和水冷喷头5能够在所述水平导轨6上水平移动,所述焊接工作臂7上固定有另一水平导轨6并一同连接于所述垂直导轨2,且能够沿垂直导轨2在竖直方向进行上下滑动,所述焊接工作臂7的水平导轨6上设置有所述氩弧焊焊头8,所述氩弧焊焊头8能够在所述水平导轨6上水平移动,所述工作电源9、送丝机构10和氩气源11通过水平导轨6内腔而为所述氩弧焊焊头8送电、送丝和送气;所述油缸缸体固定装置包括工件支承底座12和设置于其上的三爪卡盘14,油缸缸体13通过三爪卡盘14进行固定,并能够在三爪卡盘14的带动下作轴向旋转。
进一步的根据本发明所述的大直径液压油缸缸体修复再制造系统,其中所述降温工作臂3位于所述焊接工作臂7的上方,且在降温工作臂3和焊接工作臂7的底面上固定有所述水平导轨6。
进一步的根据本发明所述的大直径液压油缸缸体修复再制造系统,其中所述水冷喷头5为两个并设置于所述红外探头4的两侧,当红外探头4感测的油缸缸体表面温度达到预定值时所述水冷喷头5向所述油缸缸体的外表面喷水进行降温,所述红外探头4的控制线以及水冷喷头5的控制线和供水管设置于对应的水平导轨内腔中。
进一步的根据本发明所述的大直径液压油缸缸体修复再制造系统,其中所述氩弧焊焊头8、红外探头4和水冷喷头5沿各自的水平导轨6作同步移动,在焊接过程中氩弧焊焊头8与红外探头4处于油缸缸体的同一垂直截面位置。
一种大直径液压油缸缸体的修复再制造方法,包括以下步骤:
(1)将大直径液压油缸缸体加热至100-150℃,并保持1h以上进行除油;
(2)对除油冷却后的油缸缸体内表面采用水溶性着色探伤剂进行着色探伤检查;
(3)对油缸内壁进行喷砂处理,喷砂选用50-70目的棕刚玉喷砂,喷砂气压0.65-0.8Mpa;
(4)对喷砂处理后的油缸缸体内表面采用本发明所述的系统进行自动低温氩弧焊环焊,焊丝型号为H12Cr24Ni13Si,焊丝直径为1.2、1.6或2.0mm,控制焊接工艺参数条件满足:焊丝送丝速度为1400-1600mm/min,焊丝预熔时间为3s,引弧电流为60-70A,峰值电流为250-320A,峰值时间为100ms,基值电流为130-150A,基值时间为240ms,每道焊缝宽度在4-8mm,焊接厚度在3-8mm,油缸缸体旋转线速度为300-350mm/min,氩弧焊焊头8相对于油缸缸体旋转的水平进给量为3-7mm/r,氩气输送量为8L/min,预送气时间为3s,滞后送气时间为10s,焊接过程中油缸缸体外壁温度不大于85℃;
(5)将经步骤(4)环焊后的油缸缸体进行热处理,热处理温度为400±20℃,热处理时间大于15min,之后空冷至室温;
(6)将步骤(5)冷却后的油缸缸体送入深孔镗床进行缸体内表面立柱粗加工,镗孔厚度为0.4-0.8mm;
(7)将步骤(6)粗加工后的油缸缸体内表面进行绗磨,绗磨后内表面的径向椭圆度在0.02-0.04mm内,表面粗糙度Ra处于0.30-0.40μm内;
(8)将步骤(7)绗磨后的油缸缸体进行内表面液体渗氮处理,渗氮温度为545℃±10℃,渗氮时间3-4小时,渗氮液体配比为51-54%尿素、30%碳酸钠、10%氯化钾、1%五氧化二钒和余量氯化钠。
进一步的根据本发明所述的大直径液压油缸缸体的修复再制造方法,其中所述步骤(4)中所述自动低温氩弧焊环焊过程包括:1)、将液压油缸缸体13固定于三爪卡盘14上,然后将焊接工作臂7伸入油缸缸体13内部、并使降温工作臂3位于油缸缸体外部,调整焊接工作臂7和降温工作臂3至理理想位置,同时使氩弧焊焊头8能够沿水平导轨在整个油缸缸体内壁范围内移动;2)、焊接工作开始时,控制氩弧焊焊头8由外向内沿水平导轨6进行氩弧焊焊接,同时控制三爪卡盘14带动液压油缸缸体13进行轴向旋转,实现对油缸缸体内表面进行氩弧焊环焊。
进一步的根据本发明所述的大直径液压油缸缸体的修复再制造方法,其中所述步骤(4)中,通过红外探头4适时监测油缸缸体外壁的温度,且红外探头4与氩弧焊焊头8沿水平方向同步移动,当油缸缸体外壁温度大于85℃时控制水冷喷头5向油缸缸体外壁喷水,以保证焊接过程中油缸缸体外壁温度不大于85℃。
进一步的根据本发明所述的大直径液压油缸缸体的修复再制造方法,其中通过所述方法修复后的大直径液压油缸缸体性能满足:油缸缸体内表面焊接层强度达到抗拉强度大于500Mpa、屈服强度大于400Mpa,油缸缸体内表面应力腐蚀强度因子KISCC大于30 Mpa.m1/2,油缸缸体内表面微观硬度HV大于400、宏观硬度HRC大于40。
进一步的根据本发明所述的大直径液压油缸缸体的修复再制造方法,其中所述大直径液压油缸缸体的内径为280mm以上。
进一步的根据本发明所述的大直径液压油缸缸体的修复再制造方法,其中所述大直径液压油缸缸体的内径为280mm-500mm。
本发明的技术方案与现有技术相比具有以下优点:
1)、本发明克服了传统方法中对于大直径液压油缸缸体修复过程中修复层厚度的限制,满足了对Ф280mm以上大直径油缸缸体应力腐蚀、涨缸等缺陷修复的适用性;
2)、本发明通过创新环焊技术路线和工艺条件,提高了修复层的表面质量,使修复后油缸缸体性能高于全新的成品油缸,实现了对磨损油缸缸体的回收利用;
3)、本发明由于采用了低温氩弧焊加内表面层渗氮方法,在解决了常规氩弧焊长时间修复过程中热量的堆积产生的缸体变形的前提下,保证了结合层强度和结合层修复厚度的要求;加工后内表面渗氮处理大幅提高了内表面的抗应力腐蚀和抗磨损性能,确保了修复后油缸更好的工作安全性和工作寿命和工作寿命;
4)、本发明所述工艺相对传统工艺具有更好的工艺适用性、并在大幅提高了修复油缸性能的前提下兼顾了良好的经济适用性。
附图说明
附图1为本发明所述大直径液压油缸缸体修复再制造系统中低温氩弧焊环焊装置的结构示意图。
附图2为本发明所述大直径液压油缸缸体修复再制造系统中油缸缸体的固定装置结构示意图。
附图3为使用附图1和2所示装置进行大直径液压油缸缸体修复再制造的操作结构示意图。
图中各附图标记的含义如下:
1 焊机支架 2 垂直导轨 3 降温工作臂 4 红外探头
5 水冷喷头 6 水平导轨 7 焊接工作臂 8 氩弧焊焊头
9 工作电源 10 送丝机构 11 氩气源 12 工件支承底座
13 油缸缸体 14 三爪卡盘        
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述,以使本领域技术人员能够更加清楚的理解本发明的方案,但并不因此限制本发明的保护范围。
首先对专用于本发明所述大直径液压油缸缸体修复再制造中的低温氩弧焊环焊装置和油缸缸体固定装置的结构进行描述,其中附图1所示为低温自动氩弧焊环焊装置结构图,所述装置包括焊机支架1、垂直导轨2、降温工作臂3、红外探头4、水冷喷头5、水平导轨6、焊接工作臂7、氩弧焊焊头8、工作电源9、送丝机构10和氩气源11,所述的焊机支架1竖直放置,并在其上设置有垂直导轨2,所述降温工作臂3的底面固定有所述水平导轨6,所述降温工作臂3和水平导轨6一同连接于所述垂直导轨2并能够沿垂直导轨2在竖直方向进行上下滑动,在降温工作臂3底面的水平导轨6上设置有所述红外探头4和水冷喷头5,所述红外探头4用于探测油缸缸体外表面温度,所述水冷喷头5优选包括两个并设置于红外探头4的两侧,用于当红外探头4感测的油缸缸体表面温度达到预定值时向所述缸体外表面喷水进行冷却,所述降温工作臂3提供对红外探头4和水冷喷头5支撑,且红外探头4的控制线以及水冷喷头5的控制线和供水管设置于水平导轨内腔中,所述红外探头4和水冷喷头5能够在水平导轨6上沿水平方向一同进行滑动,以适时调整温测和冷却位置。所述焊接工作臂7的底面固定有另一水平导轨6,所述焊接工作臂7和水平导轨6一同连接于所述垂直导轨2并能够沿垂直导轨2在竖直方向进行上下滑动以根据油缸缸体直径大小调整焊接位置,在焊接工作臂7底面的水平导轨6上设置有所述氩弧焊焊头8,所述氩弧焊焊头8能够在水平导轨6上沿水平方向进行滑动,以适时调整焊接位置,所述的氩弧焊焊头8作为油缸缸体内表面的具体焊接机构,送丝机构10为其提供焊丝,氩气源11为其提供氩气保护气,且工作电源9的电源线、送丝机构10的焊丝和氩气源11的供气管通过水平导轨6的内腔而提供至氩弧焊焊头8,最终通过焊头8对油缸缸体表面进行自动氩弧焊。上述氩弧焊焊头8、红外探头4和水冷喷头5沿各自的水平导轨6作同步移动,且氩弧焊焊头8位于红外探头4的正下方,水冷喷头5位于红外探头4两侧,在焊接过程中氩弧焊焊头8与红外探头4和水冷喷头5沿水平导轨做同步移动,保证氩弧焊焊头8与红外探头4处于油缸缸体的同一垂直截面位置,以达到准确控制油缸缸体焊接位置的温度。附图2给出液压油缸缸体固定装置,包括工件支承底座12和设置于其上的三爪卡盘14,油缸缸体13通过三爪卡盘14进行固定。附图3进一步给出使用上述氩弧焊环焊装置和油缸缸体固定装置进行大直径液压油缸缸体修复再制造的结构示意图,如附图3所示的工作时,首先将液压油缸缸体13固定于三爪卡盘14上,之后调整垂直导轨2上降温工作臂3、焊接工作臂7的位置以适应不同直径的液压油缸缸体,然后将焊接工作臂7伸入油缸缸体13内部、并使降温工作臂3位于油缸缸体外部,保证氩弧焊焊头8能够在水平导轨上移动焊完整个缸体的内壁。焊接工作开始时,由工作电源9、送丝机构10和氩气源11支持的氩弧焊焊头8由外向内沿水平导轨6进行氩弧焊焊接,同时三爪卡盘14带动液压油缸缸体13进行轴向旋转,从而对油缸缸体内表面实现了自动氩弧焊环焊,在氩弧焊焊头8水平移动的同时,红外探头4和水冷喷头5沿水平导轨6与氩弧焊焊头8保持同步移动,一旦红外探头4探测到液压油缸缸体13的温度大于85℃,水冷喷头5便会自动对液压油缸缸体13的外表面喷水降温,从而保证氩弧焊环焊过程中缸体温度低于85℃。
接着采用上述装置所进行的本发明所述大直径液压油缸缸体的修复再制造方法工艺进行详细的描述,所述修复再制造方法包括以下步骤:
(1)将内径在280mm以上的液压油缸缸体加热至100-150℃,并保持1h以上进行除油;
(2)对除油冷却后的油缸缸体内表面进行着色探伤检查,以明确油缸缸体内壁的所有磨损部位,尤其是严重磨损部位,可采用水溶性着色探伤剂;
(3)然后对油缸内壁进行喷砂处理,喷砂选用50-70目的棕刚玉喷砂,喷砂气压0.65-0.8Mpa,通过步骤(1)着色探伤检查保证了喷砂处理不会遗漏缸体内壁的磨损部位;
(4)对喷砂处理后的油缸缸体内表面进行自动低温氩弧焊环焊,焊丝选用型号为H12Cr24Ni13Si的焊丝,焊丝直径为1.2、1.6或2.0mm,送丝机构10向氩弧焊焊头8提供的焊丝的送丝速度为1400-1600mm/min,所述焊丝预熔时间为3s,工作电源9提供的引弧电流为60-70A,峰值电流为250-320A,峰值时间为100ms,基值电流为130-150A,基值时间为240ms。焊接过程中每道焊缝宽度在4-8mm,焊层厚度在3-8mm;液压油缸缸体固定装置控制油缸缸体的旋转线速度为300-350mm/min,同时氩弧焊焊头8相对于缸体旋转的水平进给量为3-7mm/r,即油缸缸体每旋转一圈氩弧焊焊头8水平推进3-7mm;氩气源11提供至氩弧焊焊头8的氩气输送量为8L/min,焊接开始前的预送气时间为3s,焊接完成后的滞后送气时间为10s;同时油缸外部的红外探头4适时监测焊接过程中油缸缸体外壁的温度,并与氩弧焊焊头沿水平方向同步移动,在缸体外壁工件温度大于85℃时控制水冷喷头5喷水进行水冷降温;
(5)将经过步骤(4)氩弧焊环焊熔敷的液压油缸在箱式电阻炉中进行热处理,热处理制度为400±20℃,处理时间在15min以上,之后空冷至室温;
(6)将步骤(5)冷却后的油缸送入深孔镗床进行油缸内表面的立柱粗加工,镗孔厚度为0.4-0.8mm;
(7)将步骤(6)中粗加工后的油缸内表面进行绗磨达到成品零件尺寸及光洁度要求,具体的绗磨后油缸内表面的径向椭圆度在0.02-0.04mm内,表面粗糙度在Ra处于0.30-0.40μm内;
(8)将步骤(7)绗磨后的油缸缸体进行内表面液体渗氮处理,渗氮温度545℃±10℃,时间3-4小时,其中液体渗氮处理的液体配比为51~54%尿素,30%碳酸钠,10%氯化钾和1%五氧化二钒及余量氯化钠。
通过本发明的上述方法对大直径液压油缸缸体内表面进行修复后,油缸缸体内表面的性能得到大幅提高,整个油缸较新品液压油缸的性能还要优越,具体表现在:油缸缸体内表面结合层强度性能:抗拉强度大于500Mpa,屈服强度大于400Mpa;油缸缸体内表面应力腐蚀强度因子KISCC:大于30 Mpa.m1/2;油缸缸体内表面硬度:微观硬度HV大于400,宏观硬度HRC大于40;液压油缸整体的使用寿命达到新产品的1.5倍,造价却不到新产品的一半。
下面结合实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
实施例1
对内径Ф280mm、最大应力腐蚀深度1mm、最大涨缸5mm(该涨缸尺寸为涨缸直径尺寸即缸体涨缸前后的内壁直径差,对于5mm涨缸则单侧内壁尺寸变形偏差为2.5mm,下同)的大直径液压油缸缸体进行修复再制造,包括以下步骤:
(1)将液压油缸进行加热除油处理,加热采用箱式烘箱,加热温度100℃,保温1.5小时;
(2)使用水溶性着色探伤剂进行内表面着色探伤,保证油缸内表面无埋藏缺陷;
(3)将步骤(2)处理后油缸进行内表面喷砂,砂材为50目的棕刚玉,喷砂气压0.65Mpa;
(4)将步骤(3)处理后油缸进行内表面自动氩弧焊环焊,焊丝为型号为H12Cr24Ni13Si,焊丝直径为1.2mm,送丝速度为1400mm/ min, 预熔时间3s。引弧电流为60A,峰值电流为250A, 峰值时间为100ms,基值电流为130A,基值时间为240ms。旋转线速度为300mm/ min, 焊头进给量为3mm/r,氩气输送量为8L/min,预送气时间为3s,滞后送气时间为10s。每道焊缝宽度在4mm,厚度3mm,焊接过程中外表面水冷降温,工件温度80℃;
(5)将步骤(4)处理后油缸在箱式电阻炉中进行热处理,热处理温度为400±20℃,处理时间为15min,之后空冷至室温;
(6)将步骤(5)热处理后油缸在深孔镗床进行立柱油缸粗加工,镗孔厚度为0.4mm;
(7)将步骤(6)油缸内表面粗加工后绗磨达到径向椭圆度0.02mm,表面粗糙度Ra在0.30μm;
(8)将步骤(7)中修复后的油缸缸体进行内表面液体渗氮处理,渗氮温度545℃±10℃,时间3小时,渗氮液体配比为51%尿素,30%碳酸钠,10%氯化钾和1%五氧化二钒及余量氯化钠。
本实施例再制造的大直径液压油缸内表面,内表面光洁、硬度高,尺寸精度高,修复层结合强度高(效果见表1)。
实施例2
对内径Ф320mm、最大应力腐蚀深度1mm、最大涨缸7mm(单侧内壁尺寸变形最大偏差为3.5mm)的大直径液压油缸缸体进行修复再制造,包括以下步骤:
(1)将液压油缸进行加热除油处理,加热采用箱式烘箱,加热温度120℃,保温1小时;
(2)使用水溶性着色探伤剂进行内表面着色探伤,保证油缸内表面无埋藏缺陷;
(3)将步骤(2)处理后油缸进行内表面喷砂,砂材为60目的棕刚玉,喷砂气压0.65Mpa;
(4)将步骤(3)处理后油缸进行内表面自动氩弧焊环焊,焊丝为型号为H12Cr24Ni13Si,焊丝直径为1.6mm,送丝速度为1450mm/ min, 预熔时间3s。引弧电流为63A,峰值电流为270A, 峰值时间为100ms,基值电流为135A,基值时间为240ms。旋转线速度为340mm/ min, 焊头进给量为4mm/r,氩气输送量为8L/min,预送气时间为3s,滞后送气时间为10s。每道焊缝宽度在5mm,厚度4.5mm,焊接过程中外表面水冷降温,工件温度75℃;
(5)将步骤(4)处理后油缸在箱式电阻炉中进行热处理, 热处理温度为400±20℃,时间18min,之后空冷至室温;
(6)将步骤(5)热处理后油缸在深孔镗床进行立柱油缸粗加工,镗孔厚度为0.6mm;
(7)将步骤(6)油缸内表面粗加工后绗磨达到径向椭圆度0.02mm内,表面粗糙度Ra在0.30μm;
(8)将步骤(7)中修复后进行内表面液体渗氮处理,渗氮温度545℃±10℃,时间3.5小时,渗氮液体配比为52%尿素,30%碳酸钠,10%氯化钾和1%五氧化二钒及余量氯化钠。
本实施例再制造的大直径液压油缸内表面,内表面光洁、硬度高,尺寸精度高,修复层结合强度高(效果见表1)。
实施例3
对内径Ф360mm、最大应力腐蚀深度1.5mm、最大涨缸8mm(单侧内壁尺寸变形最大偏差为4mm)的大直径液压油缸缸体进行修复再制造,包括以下步骤:
(1)将液压油缸进行加热除油处理,加热采用箱式烘箱,加热温度150℃,保温1小时;
(2)使用水溶性着色探伤剂进行内表面着色探伤,保证油缸内表面无埋藏缺陷;
(3)将步骤(2)处理后油缸进行内表面喷砂,砂材为70目的棕刚玉,喷砂气压0.75Mpa;
(4)将步骤(3)处理后油缸进行内表面自动氩弧焊环焊,焊丝为型号为H12Cr24Ni13Si,焊丝直径为1.6mm,送丝速度为1500mm/ min, 预熔时间3s。引弧电流为66A,峰值电流为290A, 峰值时间为100ms,基值电流为140A,基值时间为240ms。旋转线速度为320mm/ min, 焊头进给量为6mm/r,氩气输送量为8L/min,预送气时间为3s,滞后送气时间为10s。每道焊缝宽度在6mm,厚度6mm,焊接过程中外表面水冷降温,工件温度75℃;
(5)将步骤(4)处理后油缸在箱式电阻炉中进行热处理,热处理制度为400±20℃,时间15min,之后空冷至室温;
(6)将步骤(5)热处理后油缸在深孔镗床进行立柱油缸粗加工,镗孔厚度为0.7mm;
(7)将步骤(6)油缸内表面粗加工后绗磨达到径向椭圆度0.03mm内,表面粗糙度Ra在0.40μm;
(8)将步骤(7)中修复后进行内表面液体渗氮处理,渗氮温度545℃±10℃,时间3.5小时,渗氮液体配比为53%尿素,30%碳酸钠,10%氯化钾和1%五氧化二钒及余量氯化钠。
本实施例再制造的大直径液压油缸内表面,内表面光洁、硬度高,尺寸精度高,修复层结合强度高(效果见表1)。
实施例4
对内径Ф400mm、最大应力腐蚀深度2mm、最大涨缸10mm(单侧内壁尺寸变形最大偏差为5mm)的大直径液压油缸缸体进行修复再制造,包括以下步骤:
(1)将液压油缸进行加热除油处理,加热采用箱式烘箱,加热温度150℃,保温1小时;
(2)使用水溶性着色探伤剂进行内表面着色探伤,保证油缸内表面无埋藏缺陷;
(3)将步骤(2)处理后油缸进行内表面喷砂,砂材为60目的棕刚玉,喷砂气压0.8Mpa;
(4)将步骤(3)处理后油缸进行内表面自动氩弧焊环焊,焊丝为型号为H12Cr24Ni13Si,焊丝直径为2.0mm,送丝速度为1600mm/ min, 预熔时间3s。引弧电流为70A,峰值电流为320A, 峰值时间为100ms,基值电流为150A,基值时间为240ms。旋转线速度为350mm/ min, 焊头进给量为7mm/r,氩气输送量为8L/min,预送气时间为3s,滞后送气时间为10s。每道焊缝宽度在8mm,厚度8mm,焊接过程中外表面水冷降温,工件温度80℃;
(5)将步骤(4)处理后油缸在箱式电阻炉中进行热处理, 热处理温度为400±20℃,处理时间20min,之后空冷至室温;
(6)将步骤(5)热处理后油缸在深孔镗床进行立柱油缸粗加工,镗孔厚度为0.8mm;
(7)将步骤(6)油缸内表面粗加工后绗磨达到径向椭圆度0.04mm内,表面粗糙度Ra在0.40μm;
(8)将步骤(7)中修复后进行内表面液体渗氮处理,渗氮温度545℃±10℃,时间3.5小时。渗氮液体配比为54%尿素,30%碳酸钠,10%氯化钾和1%五氧化二钒及余量氯化钠。
本实施例再制造的大直径液压油缸内表面,内表面光洁、硬度高,尺寸精度高,修复层结合强度高(效果见表1)。
对比例1
采用常规热喷涂工艺修复的液压油缸,由于工艺限制修复缸体直径160mm,热喷涂丝材为直径1.6mm的同材料丝材,修复效果见表1。
对比例2
采用激光熔敷工艺修复的液压油缸,修复缸体直径320mm,修复材料为140-320目范围内的同材料合金粉末,修复效果见表1。
将实施例1-4以及对比例1-2修复后的液压油缸的结合层强度、内表面硬度、使用寿命、经济型结果等性能效果列于下表1,通过对比可知通过本发明的工艺方法提高了磨损液压油缸的修复层表面质量,使修复后油缸缸体性能高于全新的成品油缸,实现了对磨损油缸缸体的回收利用,确保了修复后油缸更好的工作安全性和工作寿命和工作寿命,相对传统工艺具有更好的工艺适用性、并在大幅提高了修复油缸性能的前提下兼顾了良好的经济适用性。
表1液压油缸缸体修复的检验结果
Figure 2013105096044100002DEST_PATH_IMAGE001
以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述,并不将本发明的技术方案限制于此,本领域技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴,本发明具体的保护范围以权利要求书的记载为准。

Claims (10)

1.一种大直径液压油缸缸体修复再制造系统,其特征在于,包括低温氩弧焊环焊装置和油缸缸体固定装置,所述低温氩弧焊环焊装置包括:焊机支架(1)、垂直导轨(2)、降温工作臂(3)、红外探头(4)、水冷喷头(5)、水平导轨(6)、焊接工作臂(7)、氩弧焊焊头(8)、工作电源(9)、送丝机构(10)和氩气源(11),所述焊机支架(1)竖直放置,并在其上设置有所述垂直导轨(2),所述降温工作臂(3)上固定有所述水平导轨(6)并一同连接于所述垂直导轨(2),且能够沿垂直导轨(2)在竖直方向进行上下滑动,所述降温工作臂(3)的水平导轨(6)上设置有所述红外探头(4)和水冷喷头(5),所述红外探头(4)和水冷喷头(5)能够在所述水平导轨(6)上水平移动,所述焊接工作臂(7)上固定有另一水平导轨(6)并一同连接于所述垂直导轨(2),且能够沿垂直导轨(2)在竖直方向进行上下滑动,所述焊接工作臂(7)的水平导轨(6)上设置有所述氩弧焊焊头(8),所述氩弧焊焊头(8)能够在所述水平导轨(6)上水平移动,所述工作电源(9)、送丝机构(10)和氩气源(11)通过水平导轨(6)内腔而为所述氩弧焊焊头(8)送电、送丝和送气;所述油缸缸体固定装置包括工件支承底座(12)和设置于其上的三爪卡盘(14),油缸缸体(13)通过三爪卡盘(14)进行固定,并能够在三爪卡盘(14)的带动下作轴向旋转。
2.根据权利要求1所述的大直径液压油缸缸体修复再制造系统,其特征在于,所述降温工作臂(3)位于所述焊接工作臂(7)的上方,且在降温工作臂(3)和焊接工作臂(7)的底面上固定有所述水平导轨(6)。
3.根据权利要求2所述的大直径液压油缸缸体修复再制造系统,其特征在于,所述水冷喷头(5)为两个并设置于所述红外探头(4)的两侧,当红外探头(4)感测的油缸缸体外表面温度达到预定值时所述水冷喷头(5)向所述油缸缸体的外表面喷水进行降温,所述红外探头(4)的控制线以及水冷喷头(5)的控制线和供水管设置于对应的水平导轨内腔中。
4.根据权利要求1-3任一项所述的大直径液压油缸缸体修复再制造系统,其特征在于,所述氩弧焊焊头(8)、红外探头(4)和水冷喷头(5)沿各自的水平导轨(6)作同步移动,在焊接过程中氩弧焊焊头(8)与红外探头(4)处于油缸缸体的同一垂直截面位置。
5.一种大直径液压油缸缸体的修复再制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将大直径液压油缸缸体加热至100-150℃,并保持1h以上进行除油;
(2)对除油冷却后的油缸缸体内表面采用水溶性着色探伤剂进行着色探伤检查;
(3)对油缸内壁进行喷砂处理,喷砂选用50-70目的棕刚玉喷砂,喷砂气压为0.65-0.8Mpa;
(4)对喷砂处理后的油缸缸体内表面采用权利要求1-4任一项所述的系统进行自动低温氩弧焊环焊,焊丝型号为H12Cr24Ni13Si,焊丝直径为1.2、1.6或2.0mm,控制焊接工艺参数条件满足:焊丝送丝速度为1400-1600mm/min,焊丝预熔时间为3s,引弧电流为60-70A,峰值电流为250-320A,峰值时间为100ms,基值电流为130-150A,基值时间为240ms,每道焊缝宽度在4-8mm,焊接厚度在3-8mm,油缸缸体旋转线速度为300-350mm/min,氩弧焊焊头(8)相对于油缸缸体旋转的水平进给量为3-7mm/r,氩气输送量为8L/min,预送气时间为3s,滞后送气时间为10s,焊接过程中油缸缸体外壁温度不大于85℃;
(5)将经步骤(4)环焊后的油缸缸体进行热处理,热处理温度为400±20℃,热处理时间大于15min,之后空冷至室温;
(6)将步骤(5)冷却后的油缸缸体送入深孔镗床进行缸体内表面立柱粗加工,镗孔厚度为0.4-0.8mm;
(7)将步骤(6)粗加工后的油缸缸体内表面进行绗磨,绗磨后内表面的径向椭圆度在0.02-0.04mm内,表面粗糙度Ra处于0.30-0.40μm内;
(8)将步骤(7)绗磨后的油缸缸体进行内表面液体渗氮处理,渗氮温度为545℃±10℃,渗氮时间3-4小时,渗氮液体配比为51-54%尿素、30%碳酸钠、10%氯化钾、1%五氧化二钒和余量氯化钠。
6.根据权利要求5所述的大直径液压油缸缸体的修复再制造方法,其特征在于,其中所述步骤(4)中所述自动低温氩弧焊环焊过程包括:1)、将液压油缸缸体(13)固定于三爪卡盘(14)上,然后将焊接工作臂(7)伸入油缸缸体(13)内部、并使降温工作臂(3)位于油缸缸体外部,调整焊接工作臂(7)和降温工作臂(3)至理想位置,同时使氩弧焊焊头(8)能够沿水平导轨在整个油缸缸体内壁范围内移动;2)、焊接工作开始时,控制氩弧焊焊头(8)由外向内沿水平导轨(6)进行氩弧焊焊接,同时控制三爪卡盘(14)带动液压油缸缸体(13)进行轴向旋转,实现对油缸缸体内表面进行氩弧焊环焊。
7.根据权利要求5或6所述的大直径液压油缸缸体的修复再制造方法,其特征在于,其中所述步骤(4)中,通过红外探头(4)适时监测油缸缸体外壁的温度,且红外探头(4)与氩弧焊焊头(8)沿水平方向同步移动,当油缸缸体外壁温度大于85℃时控制水冷喷头(5)向油缸缸体外壁喷水,以保证焊接过程中油缸缸体外壁温度不大于85℃。
8.根据权利要求5-7任一项所述的大直径液压油缸缸体的修复再制造方法,其特征在于,通过所述方法修复后的大直径液压油缸缸体性能满足:油缸缸体内表面修复层强度达到抗拉强度大于500Mpa、屈服强度大于400Mpa,油缸缸体内表面应力腐蚀强度因子KISCC大于30 Mpa.m1/2,油缸缸体内表面微观硬度HV大于400、宏观硬度HRC大于40。
9.根据权利要求5-8任一项所述的大直径液压油缸缸体的修复再制造方法,其特征在于,所述大直径液压油缸缸体的内径为280mm以上。
10.根据权利要求9所述的大直径液压油缸缸体的修复再制造方法,其特征在于,所述大直径液压油缸缸体的内径为280mm-500mm。
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