CN105543838A - 一种船用曲轴的再制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种船用曲轴的再制造方法，它主要是确定疲劳磨损部位，测量曲轴疲劳磨损尺寸，然后去除疲劳层；进行无损检测，确定待熔覆曲轴无表面和内部缺陷；采用机械混合方法将按比例配制的合金粉末充分混合；通过半导体光纤激光器扫描，采用气动同轴送粉方法，将合金粉末熔覆在船用曲轴磨损部位，并向冷却中的熔池通入低温氮气，得到超细化熔覆层合金组织，增加曲轴耐疲劳磨损性能；对熔覆后的船用曲轴进行磨损加工；进行尺寸、形状、动平衡、精度及表面质量检测，获得符合标准要求的再制造船用曲轴。本发明工艺简单、可控性强、无变形、能源消耗少，实现了磨损后船用曲轴的再制造，并且再制造后的船用曲轴性能优异，使用寿命更长。
Description
技术领域本发明涉及一种零件的修复方法，特别是一种曲轴的修复方法。
背景技术船用曲轴是船用柴油机的核心部件，有船舶设备的动力源和船用柴油机的“心脏”之称。船用曲轴由自由端轴颈、输出端轴颈、中间主轴颈和曲拐等组成，具有质量重、尺寸巨大、形状复杂、造价高、刚度差且精度要求极高等特点，属于典型的极端制造范畴。曲轴在柴油机工作过程中，承受汽缸内的气体力，运动质量惯性力(包括往复运动和回转运动)引起的周期性变化的载荷，同时还要输出扭矩。因此曲轴是柴油机内部载荷最复杂的零部件。周期性交变载荷会使曲轴系统在柴油机工作转速范围内产生共振，过早出现扭转疲劳破坏，在轴颈处出现疲劳磨损和裂纹而导致噪音和动力下降，甚至出现曲轴断裂等恶性事故。
针对船用曲轴疲劳损伤后的再制造问题一直以来是科研院所和生产企业关注的重点问题，如何实现疲劳磨损后曲轴的再制造，对于增强我国造船和修船业的国际竞争力，特别是节约宝贵合金资源和降低能耗具有重要的理论意义与实用价值。
针对如何实现疲劳磨损后曲轴的再制造问题，国内外开展的研究工作主要集中在采用刷镀、电镀等工艺，因为曲轴对热敏感，常规氩弧焊、等离子堆焊等方法由于热输出量大，容易导致曲轴出现热变形而报废，所以无法采用。但是采用刷镀、电镀等工艺对曲轴进行再制造，存在以下问题：刷镀层、电镀层与曲轴基体间是机械结合，结合强度低，无法用于重载、冲击及高速场合，适用范围窄；而且，刷镀层、电镀层薄，对于磨损量较大曲轴无法完成再制造。
发明内容本发明的目的在于提供一种工艺简单、可控性强、适用范围宽、能源消耗少、成本低、无污染、高效的船用曲轴的再制造方法。
本发明的技术方案如下：
(1)对船用曲轴部件进行解体拆卸，清洗，打标识，检测尺寸，确定曲轴磨损部位及其磨损量，根据检测结果，去除曲轴的磨损疲劳层；
(2)采用磁粉探伤和超声波探伤，确保曲轴无表面和内部缺陷；
(3)将按比例配制好的合金粉末放入机械式混粉器中混合；
(4)将曲轴固定在五轴激光加工机床上，采用半导体光纤激光器扫描，设定激光器熔覆工艺参数，对待修复表面采用气动同轴送粉方法进行激光熔覆，送粉速度为50～150g/min，在曲轴磨损部位表面熔覆1～3层，合金熔覆层厚度达到0.5～2.5mm；
(5)在激光熔池后部5～8mm处固定氮气管，向冷却中的熔池通入低温氮气实现快速冷却，氮气管跟随激光熔池运动；
(6)按照图纸及有关技术要求对激光熔覆后的曲轴进行磨削加工；
(7)对加工后的曲轴进行表面着色探伤和动平衡，保证曲轴的尺寸、形状、精度及表面质量均满足要求。
所述半导体光纤激光器熔覆工艺参数为：功率P＝500～1750W、圆光斑直径2mm、搭接率25％、扫描速度V＝300～1200mm/min；
所述氮气管直径为3mm，固定在半导体光纤激光器的激光头上，氮气管垂直于曲轴表面，并且距离待熔覆表面5mm，通入的氮气流量为5～10L/min；
所述合金粉末粒度为140～320目，各成分的质量百分比为：C0.11～0.12％，Cr16～17％，Ni4～5％，Mo1.5～1.7％，余量为Fe；
最好将按比例配制好的合金粉末放入机械式混粉器中混合1～2小时；
最好去除船用曲轴的磨损疲劳层0.3～2mm，以出现新的加工面。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、工艺简单，可控性强，适用范围宽，成本低，适合大规模生产；
2、再制造后的曲轴无热变形，熔覆合金层与基体间为冶金结合，结合强度大，熔覆层厚度0.5mm～2.5mm可选；
3、半导体光纤激光熔覆工艺具有瞬间加热特点，熔池中心点温度达到10000°以上，同时由于熔池仅为2mm，在周围常温基材的冷却作用下，过冷度大，得到了细晶组织，具有优异的机械性能；
4、在熔覆后得到了性能优于曲轴基体材质的合金层，具有优异的耐疲劳磨损性能；
5、提高了熔覆合金层耐疲劳性能，熔覆层组织晶粒度由原来的5～8um降至为2～3um，显微硬度提高了35％以上，明显提高了抗疲劳磨损性能。
6、再制造后的曲轴寿命比较新制曲轴提高2倍以上,较刷镀等传统工艺生产效率提高3倍以上，具有突出的经济效益和社会效益
具体实施方式
实施例1
首先对船用曲轴部件进行解体拆卸，清洗，打标识，检测尺寸，确定曲轴磨损部位及其磨损量，单边磨损量达到了0.2mm，根据检测结果，去除曲轴的磨损疲劳层0.3mm；再对去除疲劳磨损层的曲轴采用磁粉探伤和超声波探伤，确保曲轴无表面和内部缺陷；配制好粒度为140～320目，各成分质量百分比为：C0.11％，Cr16％，Ni4％，Mo1.5％，余量为Fe的合金粉末；将配制好的合金粉末放入机械式混粉器中混合1小时；将曲轴固定在五轴激光加工机床上，采用半导体光纤激光器扫描，设定熔覆工艺参数为：功率P＝500W、圆光斑直径2mm、搭接率25％、扫描速度V＝1200mm/min；对待修复表面采用气动同轴送粉方法进行激光熔覆，送粉速度为50g/min，在曲轴磨损部位表面熔覆1层，合金熔覆层厚度达到0.5mm；在激光熔池后部5mm处固定直径3mm氮气管，氮气管垂直于曲轴表面，并且距离待熔覆表面5mm，通入的氮气流量为5L/min，实现熔池快速冷却，氮气管跟随激光熔池运动；按照图纸及有关技术要求对激光熔覆后的曲轴进行磨削加工；对加工后的曲轴进行表面着色探伤和动平衡，保证曲轴的尺寸、形状、精度及表面质量均满足要求；检验合格后的成品件涂防锈油，最后进行包装。
实施例2
首先对船用曲轴部件进行解体拆卸，清洗，打标识，检测尺寸，确定曲轴磨损部位及其磨损量，单边磨损量达到了1.8mm，根据检测结果，去除曲轴的磨损疲劳层2mm；再对去除疲劳磨损层的曲轴采用磁粉探伤和超声波探伤，确保曲轴无表面和内部缺陷；配制好粒度为140～320目，各成分质量百分比为：C0.12％，Cr17％，Ni5％，Mo1.7％，余量为Fe的合金粉末；将配制好的合金粉末放入机械式混粉器中混合2小时；将曲轴固定在五轴激光加工机床上，采用半导体光纤激光器扫描，设定熔覆工艺参数为：功率P＝1750W、圆光斑直径2mm、搭接率25％、扫描速度V＝300mm/min；对待修复表面采用气动同轴送粉方法进行激光熔覆，送粉速度为150g/min，在曲轴磨损部位表面熔覆3层，合金熔覆层厚度达到2.5mm；在激光熔池后部8mm处固定直径3mm氮气管，氮气管垂直于曲轴表面，并且距离待熔覆表面5mm，通入的氮气流量为10L/min，实现熔池快速冷却，氮气管跟随激光熔池运动；按照图纸及有关技术要求对激光熔覆后的曲轴进行磨削加工；对加工后的曲轴进行表面着色探伤和动平衡，保证曲轴的尺寸、形状、精度及表面质量均满足要求；检验合格后的成品件涂防锈油，最后进行包装。
实施例3
首先对船用曲轴部件进行解体拆卸，清洗，打标识，检测尺寸，确定曲轴磨损部位及其磨损量，单边磨损量达到了1mm，根据检测结果，去除曲轴的磨损疲劳层1.5mm；再对去除疲劳磨损层的曲轴采用磁粉探伤和超声波探伤，确保曲轴无表面和内部缺陷；配制好粒度为140～320目，各成分质量百分比为：C0.11％，Cr16％，Ni5％，Mo1.6％，余量为Fe的合金粉末；将配制好的合金粉末放入机械式混粉器中混合1.5小时；将曲轴固定在五轴激光加工机床上，采用半导体光纤激光器扫描，设定熔覆工艺参数为：功率P＝1000W、圆光斑直径2mm、搭接率25％、扫描速度V＝640mm/min；对待修复表面采用气动同轴送粉方法进行激光熔覆，送粉速度为80g/min，在曲轴磨损部位表面熔覆3层，合金熔覆层厚度达到1.8mm；在激光熔池后部8mm处固定直径3mm氮气管，氮气管垂直于曲轴表面，并且距离待熔覆表面5mm，通入的氮气流量为6L/min，实现熔池快速冷却，氮气管跟随激光熔池运动；按照图纸及有关技术要求对激光熔覆后的曲轴进行磨削加工；对加工后的曲轴进行表面着色探伤和动平衡，保证曲轴的尺寸、形状、精度及表面质量均满足要求；检验合格后的成品件涂防锈油，最后进行包装。
实施例4
首先对船用曲轴部件进行解体拆卸，清洗，打标识，检测尺寸，确定曲轴磨损部位及其磨损量，单边磨损量达到了0.5mm，根据检测结果，去除曲轴的磨损疲劳层0.8mm；再对去除疲劳磨损层的曲轴采用磁粉探伤和超声波探伤，确保曲轴无表面和内部缺陷；配制好粒度为140～320目，各成分质量百分比为：C0.11％，Cr16％，Ni4％，Mo1.5％，余量为Fe的合金粉末；将配制好的合金粉末放入机械式混粉器中混合1小时；将曲轴固定在五轴激光加工机床上，采用半导体光纤激光器扫描，设定熔覆工艺参数为：功率P＝750W、圆光斑直径2mm、搭接率25％、扫描速度V＝420mm/min；对待修复表面采用气动同轴送粉方法进行激光熔覆，送粉速度为70g/min，在曲轴磨损部位表面熔覆2层，合金熔覆层厚度达到1mm；在激光熔池后部8mm处固定直径3mm氮气管，氮气管垂直于曲轴表面，并且距离待熔覆表面5mm，通入的氮气流量为5L/min，实现熔池快速冷却，氮气管跟随激光熔池运动；按照图纸及有关技术要求对激光熔覆后的曲轴进行磨削加工；对加工后的曲轴进行表面着色探伤和动平衡，保证曲轴的尺寸、形状、精度及表面质量均满足要求；检验合格后的成品件涂防锈油，最后进行包装。
实施例5
首先对船用曲轴部件进行解体拆卸，清洗，打标识，检测尺寸，确定曲轴磨损部位及其磨损量，单边磨损量达到了0.3mm，根据检测结果，去除曲轴的磨损疲劳层0.5mm；再对去除疲劳磨损层的曲轴采用磁粉探伤和超声波探伤，确保曲轴无表面和内部缺陷；配制好粒度为140～320目，各成分质量百分比为：C0.12％，Cr16.5％，Ni4.5％，Mo1.7％，余量为Fe的合金粉末；将配制好的合金粉末放入机械式混粉器中混合2小时；将曲轴固定在五轴激光加工机床上，采用半导体光纤激光器扫描，设定熔覆工艺参数为：功率P＝1250W、圆光斑直径2mm、搭接率25％、扫描速度V＝1000mm/min；对待修复表面采用气动同轴送粉方法进行激光熔覆，送粉速度为90g/min，在曲轴磨损部位表面熔覆2层，合金熔覆层厚度达到0.8mm；在激光熔池后部5mm处固定直径3mm氮气管，氮气管垂直于曲轴表面，并且距离待熔覆表面5mm，通入的氮气流量为7L/min，实现熔池快速冷却，氮气管跟随激光熔池运动；按照图纸及有关技术要求对激光熔覆后的曲轴进行磨削加工；对加工后的曲轴进行表面着色探伤和动平衡，保证曲轴的尺寸、形状、精度及表面质量均满足要求；检验合格后的成品件涂防锈油，最后进行包装。
实施例6
首先对船用曲轴部件进行解体拆卸，清洗，打标识，检测尺寸，确定曲轴磨损部位及其磨损量，单边磨损量达到了0.1mm，根据检测结果，去除曲轴的磨损疲劳层0.3mm；再对去除疲劳磨损层的曲轴采用磁粉探伤和超声波探伤，确保曲轴无表面和内部缺陷；配制好粒度为140～320目，各成分质量百分比为：C0.12％，Cr17％，Ni4％，Mo1.5％，余量为Fe的合金粉末；将配制好的合金粉末放入机械式混粉器中混合2小时；将曲轴固定在五轴激光加工机床上，采用半导体光纤激光器扫描，设定熔覆工艺参数为：功率P＝800W、圆光斑直径2mm、搭接率25％、扫描速度V＝500mm/min；对待修复表面采用气动同轴送粉方法进行激光熔覆，送粉速度为55g/min，在曲轴磨损部位表面熔覆1层，合金熔覆层厚度达到0.5mm；在激光熔池后部5～8mm处固定直径3mm氮气管，氮气管垂直于曲轴表面，并且距离待熔覆表面5mm，通入的氮气流量为6L/min，实现熔池快速冷却，氮气管跟随激光熔池运动；按照图纸及有关技术要求对激光熔覆后的曲轴进行磨削加工；对加工后的曲轴进行表面着色探伤和动平衡，保证曲轴的尺寸、形状、精度及表面质量均满足要求；检验合格后的成品件涂防锈油，最后进行包装。
Claims (6)
1.一种船用曲轴的再制造方法，其特征在于：
(1)对船用曲轴部件进行解体拆卸，清洗，打标识，检测尺寸，确定曲轴磨损部位及其磨损量；根据检测结果，去除曲轴的磨损疲劳层；
(2)采用磁粉探伤和超声波探伤，确保曲轴无表面和内部缺陷；
(3)将按比例配制好的合金粉末放入机械式混粉器中混合；
(4)将曲轴固定在五轴激光加工机床上，采用半导体光纤激光器扫描，设定激光器熔覆工艺参数，对待修复表面采用气动同轴送粉方法进行激光熔覆，送粉速度为50～150g/min，在曲轴磨损部位表面熔覆1～3层，合金熔覆层厚度达到0.5～2.5mm；
(5)在激光熔池后部5～8mm处固定氮气管，向冷却中的熔池通入低温氮气实现快速冷却，氮气管跟随激光熔池运动；
(6)按照图纸及有关技术要求对激光熔覆后的曲轴进行磨削加工；
(7)对加工后的曲轴进行表面着色探伤和动平衡，保证曲轴的尺寸、形状、精度及表面质量均满足要求。
2.根据权利要求1所述的船用曲轴的再制造方法，其特征在于：去除船用曲轴的磨损疲劳层0.3～2mm，以出现新的加工面。
3.根据权利要求1所述的船用曲轴的再制造方法，其特征在于：所述半导体光纤激光器熔覆工艺参数为：功率P＝500～1750W、圆光斑直径2mm、搭接率25％、扫描速度V＝300～1200mm/min。
4.根据权利要求1所述的船用曲轴的再制造方法，其特征在于：所述氮气管直径3mm，固定在半导体光纤激光器的激光头上，氮气管垂直于曲轴表面，并且距离待熔覆表面5mm，通入的氮气流量为5～10L/min。
5.根据权利要求1或3所述的船用曲轴的再制造方法，其特征在于：所述合金粉末粒度为140～320目，各成分的质量百分比为：C0.11～0.12％，Cr16～17％，Ni4～5％，Mo1.5～1.7％，余量为Fe。
6.根据权利要求5所述的船用曲轴的再制造方法，其特征在于：将按比例配制好的合金粉末放入机械式混粉器中混合1～2小时。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160504 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |