CN106676519B - 一种在倾斜基体上进行激光熔覆的方法 - Google Patents

一种在倾斜基体上进行激光熔覆的方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种在倾斜基体上进行激光熔覆的方法属于激光熔覆再制造技术领域，涉及了一种在倾斜基体上进行激光熔覆的方法。该方法先通过计算得到待修复面须倾斜的角度，通过做多组不同参数组合实验得到最佳参数；然后保持激光头垂直，将待修复面倾斜角度；选取不同的激光功率、扫描速度和送粉量，在已倾斜一定角度的基体上进行多组单道单层激光熔覆实验，确定最佳激光熔覆参数，使用此参数对零件进行修复。本发明对于小模数的齿轮或形状复杂的零件，通过将待修复面倾斜一定的角度，解决了激光熔覆会造成激光头和零件发生干涉的问题，使熔覆过程能够正常顺利进行，提高了零件的使用寿命，节省成本。

Description

一种在倾斜基体上进行激光熔覆的方法
技术领域
本发明属于激光熔覆再制造技术领域，涉及了一种在倾斜基体上进行激光熔覆的方法。
背景技术
大型零件或复杂零件在局部磨损后通常按报废处理造成极大的浪费。激光熔覆修复可以对磨损部位进行修复，使之达到并超过原来的性能，而且极大的降低了成本，减少了维修时间。杨毅等人论文"齿面激光熔覆修复工艺及缺陷分析"[J].装备制造技术,2014(8):68-70.中用激光熔覆的方法对某船用减速齿轮箱齿轮轴的磨损齿面成功进行了修复。其优点是得到了表面平整、稀释率低、具有良好冶金结合且硬度较高的修复层。缺点是只能对大模数的齿轮齿面进行修复。在常规的激光熔覆中，基体水平放置，激光头与基体保持垂直。通过实验或计算得出合适的激光熔覆参数，根据单道单层激光熔覆的形貌得出多道单层激光熔覆的搭接率。使用此参数和搭接率进行多道单层或多道多层激光熔覆。但是对于小模数的齿轮或形状复杂的零件，常规的激光熔覆会产生激光头和零件干涉的问题，导致熔覆过程无法进行。
发明内容
本发明为克服现有技术的缺陷，发明了一种在倾斜基体上进行激光熔覆的方法，解决常规激光熔覆会造成激光头和零件发生干涉的问题，尤其是对于小模数的齿轮或形状复杂的零件，常规的激光熔覆会产生激光头和零件干涉的问题。本方法先通过计算得到待修复面须倾斜的角度θ，通过做多组不同参数组合实验得到最佳参数。然后保持激光头垂直，将待修复面倾斜角度θ。使用此参数对零件进行修复，解决了干涉问题，保证熔覆过程顺利进行，提高了零件的使用寿命，节省成本。
本发明采用的技术方案是一种在倾斜基体上进行激光熔覆的方法，其特征是，该方法先通过计算得到待修复面须倾斜的角度θ，通过做多组不同参数组合实验得到最佳参数。然后保持激光头垂直，将待修复面倾斜角度θ；选取不同的激光功率、扫描速度和送粉量，在倾斜角度为θ角的基体上进行多组单道单层激光熔覆实验，确定最佳激光熔覆参数，使用此参数对零件进行修复；方法的具体步骤如下：
步骤一：计算待修复面须倾斜的角度θ
保持激光头与水平面垂直，设O点为激光头中心线与修复面AC的交点，将待修复面AC所在直线绕O点旋转，零件上与激光头最外面直线接触的点为B点，从B点向激光头中心线做垂线，交点为D；调整激光头的上下位置，使激光束边缘位于A点，激光光斑中心的离焦量为0mm，激光头中心线与B点的距为lBD,有：
则待修复面须倾斜的角度θ为：
θ＝90°-(∠BOC-∠BOD) (2)
步骤二：根据待修复面所须熔覆层厚度h'来确定倾斜基体上单道单层激光熔覆的高度h，以及熔覆的总层数n，使
h'≤n×h (3)
步骤三：保持激光头与水平面垂直，将待修复面倾斜θ角，使光斑中心的离焦量为0mm；将待修复面上坡方向设为Y轴正方向，与上坡方向垂直向右的方向为X轴正方向，扫描方向的选择有以下三种：沿X轴正、负方向扫描，沿Y轴正、负方向扫描，以及沿X轴与Y轴合成方向的来回扫描；根据实际零件的情况按照上述步骤，选择一种扫描方向对整个修复面进行激光熔覆；
步骤四：进行多组单道单层激光熔覆实验
选取不同的激光功率、扫描速度和送粉量的组合，在倾斜角度为θ角的基体上先进行多组单道单层激光熔覆实验，分别测量每组单道单层熔覆层的宽度W和高度h，以及单道单层激光熔覆的实际形貌，最后确定出最佳单道单层激光熔覆参数；
步骤五：进行多组多道单层激光熔覆实验
根据修复面所需要的激光熔覆道数，从待修复面上的起始点(0,0)点开始沿直角坐标系中的X轴正方向进行第一道单层激光熔覆后，将起始点向Y轴正方向偏移一定距离，再沿X轴正方向进行第二道单层激光熔覆，不断重复上述步骤，直到达到需要的道数；计算每道单层激光熔覆的搭接率ηc，保证多道单层熔覆层表面为一个平面，计算公式如下：
其中，-第i道熔覆层面积，-第i道和第i+1道两道熔覆层最高点横向连接面积，c-两道熔覆层最高点横向间距，W-第i道单层激光熔覆层宽度。
本发明的有益效果是针对复杂零件使用常规激光熔覆方式会产生激光头与零件发生干涉的问题提供了一种解决方法。通过将待修复面倾斜一定的角度，避免了激光头与零件发生干涉的问题，使熔覆过程能够正常进行，提高了零件的使用寿命，节省成本。
附图说明
图1是本发明倾斜基体激光熔覆示意图，其中，1-激光头；2-零件；3-待修复面；4-激光束；θ-待修复面须倾斜的角度；AC-待修复面；O-激光头中心线与待修复面AC的交点；D-B点向激光头中心线做垂线的交点。
图2为两道单层熔覆层横截面搭接示意图，其中，图形A1B1C1和图形A2B2C2为第一、第二道单层熔覆层，图形B1B2FE-第一、第二道两道熔覆层最高点横向连接面积。A2C1-第一、第二道单层熔覆层的搭接区域，A1C1、A2C2-第一、第二道单层熔覆层宽度，h-单道单层激光熔覆层高度，c-两道熔覆层最高点横向间距。
图3是本实施例沿X轴方向熔覆示意图。其中，1-激光头；3-待修复面；5-X轴方向熔覆层；θ-待修复面须倾斜的角度。
具体实施方式
下面结合技术方案和附图详细说明本发明的实施。
图1是本发明倾斜基体激光熔覆示意图，本实例所用齿轮为增速机齿轮，对其磨损齿面进行激光熔覆修复。齿轮齿数为41，模数为25。齿轮材料为42Cr，粉末材料为316L，粉末粒度为45μm-90μm，磨损齿面修复所须厚度为0.3mm，磨损齿面修复所须宽度为38.5mm。方法的具体步骤如下：
第一步计算待修复面须倾斜角度θ。
测得∠BAC＝63°，lBD＝15.4mm，lOB＝27.3mm，则算得θ＝90°-(∠BOC-∠BOD)＝61°。因此，待修复面须倾斜的角度θ为61°。
第二步通过做多组单道单层熔覆实验得到最佳工艺参数为：激光功率1200W，送粉量为9.15g/min，扫描速度为0.005mm/s。得到倾斜基体上单道单层激光熔覆的实际形貌的尺寸为：单层熔覆层高度为0.3mm，单道单层熔覆层宽度W为4.81mm。熔覆层截面面积为0.965mm2。
第三步保持激光头与水平面垂直，将基体倾斜61°使光斑中心的离焦量为0mm。将待修复面上坡方向设为Y轴正方向，与上坡方向垂直向右的方向为X轴正方向，扫描方向的选择有以下三种：沿X轴正、负方向扫描，沿Y轴正、负方向扫描，以及沿X轴与Y轴合成方向的来回扫描。根据上述工艺参数本实施例只须沿X轴正方向对待修复面进行多道单层激光熔覆。
步骤四：进行多组多道单层激光熔覆实验
从待修复面上的起始点(0,0)点开始沿X轴正方向进行第一道熔覆后，将起始点向Y轴正方向偏移3.2mm，沿X轴正方向进行第二道熔覆，不断重复上述步骤，直到达到需要的道数，本实施例共进行了8道单层激光熔覆，代入公式(4)、(5)、(6)、(7)计算得到搭接率为0.33。两道熔覆层横向间距为3.2mm。完成对整个待修复面的修复，得到的熔覆层符合生产工艺要求。

Claims (1)

1.一种在倾斜基体上进行激光熔覆的方法，其特征是，该方法先通过计算得到待修复面须倾斜的角度，通过做多组不同参数组合实验得到最佳参数；然后保持激光头垂直，将待修复面倾斜一定的角度；选取不同的激光功率、扫描速度和送粉量，在倾斜一定角度的基体上进行多组单道单层激光熔覆实验，确定最佳激光熔覆参数，使用此参数对零件进行修复；方法的具体步骤如下：
步骤一：计算待修复面须倾斜的角度θ
保持激光头与水平面垂直，设O点为激光头中心线与修复面AC的交点，将待修复面AC所在直线绕O点旋转，零件上与激光头最外面直线接触的点为B点，从B点向激光头中心线做垂线，交点为D；调整激光头的上下位置，使激光束边缘位于A点，激光光斑中心的离焦量为0mm，激光头中心线与B点的距为lBD,有：
则待修复面须倾斜的角度θ为：
θ＝90°-(∠BOC-∠BOD) (2)
步骤二：根据待修复面所须熔覆层厚度h'来确定倾斜基体上单道单层激光熔覆的高度h，需要熔覆的总层数n，有：
h'≤n×h (3)
步骤三：保持激光头与水平面垂直，将待修复面倾斜θ角，使光斑中心的离焦量为0mm；将待修复面上坡方向设为Y轴正方向，与上坡方向垂直向右的方向为X轴正方向，扫描方向的选择有以下三种：沿X轴正、负方向扫描，沿Y轴正、负方向扫描，以及沿X轴与Y轴合成方向的来回扫描；根据实际零件的情况按照上述步骤，选择一种扫描方向对整个修复面进行激光熔覆；
步骤四：进行多组单道单层激光熔覆实验
选取不同的激光功率、扫描速度和送粉量的组合，在倾斜角度为θ角的基体上先进行多组单道单层激光熔覆实验，分别测量每组单道单层熔覆层的宽度W和高度h，以及单道单层激光熔覆的实际形貌，最后确定出最佳单道单层激光熔覆参数；
步骤五：进行多组多道单层激光熔覆实验
根据修复面所需要的激光熔覆道数，从待修复面上的起始点(0,0)点开始沿直角坐标系中的X轴正方向进行第一道单层激光熔覆后，将起始点向Y轴正方向偏移一定距离，再沿X轴正方向进行第二道单层激光熔覆，不断重复上述步骤，直到达到需要的道数；计算每两道相邻单层激光熔覆的搭接率ηc，保证多道单层熔覆层表面为一个平面，计算公式如下：
其中，-第i道熔覆层面积，-第i道和第i+1道两道熔覆层最高点横向连接面积，c-两道熔覆层最高点横向间距，W-第i道单层激光熔覆层宽度。
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