CN107164757B - 一种大型柴油机活塞销的修复方法 - Google Patents

一种大型柴油机活塞销的修复方法 Download PDF

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Abstract

一种大型柴油机活塞销的修复方法，它包括以下步骤：(1)采用砂纸打磨，去除活塞销表面的疲劳层；(2)对待修复活塞销进行无损探伤；(3)配制激光合金化粉末；(4)将合金粉末与酒精和丙酮按比例进行混合；(5)将配制好的合金化涂料均匀喷涂在活塞销表面，然后烘干；(6)将活塞销装卡在大功率半导体激光加工机床上进行激光合金化修复，合金化中采取氩气进行保护；(7)对合金化修复后的活塞销进行机械加工；(8)对加工后的活塞销进行着色探伤。本发明工艺简单、节能环保、成本低，修复后的活塞销具有更好的耐磨性和耐蚀性。

Description

一种大型柴油机活塞销的修复方法
技术领域 本发明属于机械加工技术领域，特别涉及一种柴油机活塞销的修复方法。
背景技术 活塞销是装在活塞裙部的圆柱形销子，连接活塞和连杆，大型柴油机活塞销工作负载较重，尺寸较大，其材料一般选用渗碳合金钢，渗碳淬火后，精度要求高的活塞销需进行磨削加工，目的是消除热堆积引发的尺寸变形和渗碳过程中氧化脱碳的影响，最终提高其承载能力，但是，在传统的磨削加工过程中，由于磨削热等外因，引起渗碳钢表面的内应力增大，磨削裂纹便随之产生。在活塞销长时间服役条件下，磨削裂纹会进一步扩展，容易造成渗碳层的脱落，进而加速活塞销的磨损，导致活塞销失效。因此，开发一种用于发生磨损失效的柴油机活塞销的修复方法具有重要的实际价值。
发明内容 本发明目的在于提供一种大型柴油机活塞销的修复方法，该方法能够修复其表面磨损，提高其耐磨性和耐蚀性，同时硬度也得到一定提升。
本发明主要是对磨损的活塞销表面进行裂纹检测，然后用砂纸打磨，将自制合金粉末、酒精和丙酮按比例混合，将混合后的涂料均匀喷涂在活塞销表面后，形成喷涂层，再在高能密度激光的作用下，使涂料与基材同时熔化并发生冶金反应，在活塞销表面制得合金化层。
本发明的具体方案如下：
(1)确定活塞销表面磨损部位及其磨损量，根据检测结果，用砂纸进行打磨，去除活塞销表面的疲劳层；
(2)对柴油机活塞销的表面进行清理，使用无水乙醇和丙酮反复清洗，除掉待修复部位的油污和锈蚀，并进行干燥处理；
(3)对活塞销采用超声波和着色无损探伤，确保待修复活塞销表面和内部无裂纹等缺陷；
(4)配制激光合金化所用合金粉末，将配制好的合金粉末放入三维混粉器中混合3小时，使其均匀；所述合金粉末的化学成分质量百分比为：C 0.9-1.0％、Si 2.0-4.0％、B2.0-3.0％、Ti 8.0-10.0％、Cr 1.5-2.5％、Co 1.5-2.0％、Mo 1.5-2.0％,其余为Fe，合金粉末粒径为100-700nm；
(5)配制成合金化涂料，将其均匀喷涂在柴油机活塞销表面，然后烘干，涂层厚度为0.4-0.5mm；所述合金化涂料化学成分的质量百分比为：合金粉末60-80％、酒精10-30％、丙酮5-10％；
(6)将柴油机活塞销装夹在大功率半导体激光加工数控机床上，采用大功率半导体激光器进行激光合金化修复，设定激光器合金化工艺参数：激光器输出功率为3000-3500W，矩形光斑2×14mm，扫描速度为500-1000mm/min，合金化过程中采用惰性气体保护，所述惰性气体为氩气；
(7)按照图纸及有关技术要求对合金化后的活塞销进行机械加工，达到尺寸和精度要求；
(8)对加工后的活塞销进行表面着色探伤，检测是否有缺陷，保证活塞销表面质量达到合格标准。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、利用粒径为几百纳米的激光合金化涂料在激光作用下与需要修复的柴油机活塞销基材熔合，在活塞销表面形成合金化层，向内逐渐过渡到淬火层，然后是基材，修复后的活塞销热变形极小。
2、合金化后，合金粉末中的各种提高强度、耐蚀性的合金元素均匀分散并与活塞销基体发生冶金反应，得到具有优异耐磨、耐腐蚀性能的合金化层，大大提高了活塞销的机械性能和使用寿命。
3、次表层的淬火层对合金化层有很好的支撑和缓冲作用，防止在突然受力的情况下因合金化层硬度高而出现开裂现象。
4、工艺简单、成本低，节约金属资源，具有良好的经济效益和社会效益。
5、采用本方法修复的活塞销使用寿命较新活塞销提高1倍以上，具有更优异的耐磨和耐腐蚀性能。
具体实施方式
实施例1
确定活塞销表面磨损部位及其磨损量，根据检测结果，用砂纸进行打磨，去除活塞销表面的疲劳层；对柴油机活塞销的表面进行清理，使用无水乙醇和丙酮反复清洗，除掉待修复部位的油污和锈蚀，并进行干燥处理；对活塞销采用超声波和着色无损探伤，确保待修复活塞销表面和内部无裂纹等缺陷；配制激光合金化粉末，各成分质量百分比为：C 0.9％，Si 2.0％,B 2.0％,Ti 8.0％,Cr1.5％,Co 1.5％,Mo 1.5％，其余为Fe，合金粉末粒径为100-700nm；将配制好的合金粉末放入三维混粉器中混合3小时，使其均匀；配制合金化涂料，其化学成分的质量百分比为：合金粉末60％、酒精30％、丙酮10％，将合金化涂料均匀喷涂在柴油机活塞销表面，然后烘干，涂层厚度为0.4mm；将柴油机活塞销装夹在大功率半导体激光加工数控机床上，采用大功率半导体激光器进行激光合金化修复，激光器合金工艺参数为：激光器输出功率为3000W，矩形光斑2×14mm，扫描速度为500mm/min，合金化过程中采用氩气保护；按照图纸及有关技术要求对合金化后的活塞销进行机械加工，达到尺寸和精度要求；对加工后的活塞销进行表面着色探伤，检测是否有缺陷，保证活塞销表面质量达到合格标准，检验合格后包装密封好。
实施例2
确定活塞销表面磨损部位及其磨损量，根据检测结果，用砂纸进行打磨，去除活塞销表面的疲劳层；对柴油机活塞销的表面进行清理，使用无水乙醇和丙酮反复清洗，除掉待修复部位的油污和锈蚀，并进行干燥处理；对活塞销采用超声波和着色无损探伤，确保待修复活塞销表面和内部无裂纹等缺陷；配制激光合金化粉末，各成分质量百分比为：C 1.0％，Si 4.0％,B 3.0％,Ti 10.0％,Cr2.5％,Co 2.0％,Mo 2.0％，其余为Fe，合金粉末粒径为100-700nm；将配制好的合金粉末放入三维混粉器中混合3小时，使其均匀；配制合金化涂料，其化学成分的质量百分比为：合金粉末80％、酒精10％、丙酮10％，将合金化涂料均匀喷涂在柴油机活塞销表面，然后烘干，涂层厚度为0.5mm；将柴油机活塞销装夹在大功率半导体激光加工数控机床上，采用大功率半导体激光器进行激光合金化修复，激光器合金工艺参数为：激光器输出功率为3500W，矩形光斑2×14mm，扫描速度为1000mm/min，合金化过程中采用氩气保护；按照图纸及有关技术要求对合金化后的活塞销进行机械加工，达到尺寸和精度要求；对加工后的活塞销进行表面着色探伤，检测是否有缺陷，保证活塞销表面质量达到合格标准，检验合格后包装密封好。
实施例3
确定活塞销表面磨损部位及其磨损量，根据检测结果，用砂纸进行打磨，去除活塞销表面的疲劳层；对柴油机活塞销的表面进行清理，使用无水乙醇和丙酮反复清洗，除掉待修复部位的油污和锈蚀，并进行干燥处理；对活塞销采用超声波和着色无损探伤，确保待修复活塞销表面和内部无裂纹等缺陷；配制激光合金化粉末，各成分质量百分比为：C 0.9％，Si 4.0％,B 3.0％,Ti 10.0％,Cr1.5％,Co 1.5％,Mo 1.5％，其余为Fe，合金粉末粒径为100-700nm；将配制好的合金粉末放入三维混粉器中混合3小时，使其均匀；配制合金化涂料，其化学成分的质量百分比为：合金粉末80％、酒精15％、丙酮5％，将合金化涂料均匀喷涂在柴油机活塞销表面，然后烘干，涂层厚度为0.4mm；将柴油机活塞销装夹在大功率半导体激光加工数控机床上，采用大功率半导体激光器进行激光合金化修复，激光器合金工艺参数为：激光器输出功率为3300W，矩形光斑2×14mm，扫描速度为600mm/min，合金化过程中采用氩气保护；按照图纸及有关技术要求对合金化后的活塞销进行机械加工，达到尺寸和精度要求；对加工后的活塞销进行表面着色探伤，检测是否有缺陷，保证活塞销表面质量达到合格标准，检验合格后包装密封好。
实施例4
确定活塞销表面磨损部位及其磨损量，根据检测结果，用砂纸进行打磨，去除活塞销表面的疲劳层；对柴油机活塞销的表面进行清理，使用无水乙醇和丙酮反复清洗，除掉待修复部位的油污和锈蚀，并进行干燥处理；对活塞销采用超声波和着色无损探伤，确保待修复活塞销表面和内部无裂纹等缺陷；配制激光合金化粉末，各成分质量百分比为：C 1.0％，Si 3.0％,B 3.0％,Ti 8.0％,Cr2.5％,Co 1.5％,Mo 2.0％，其余为Fe，合金粉末粒径为100-700nm；将配制好的合金粉末放入三维混粉器中混合3小时，使其均匀；配制合金化涂料，其化学成分的质量百分比为：合金粉末70％、酒精20％、丙酮10％，将合金化涂料均匀喷涂在柴油机活塞销表面，然后烘干，涂层厚度为0.5mm；将柴油机活塞销装夹在大功率半导体激光加工数控机床上，采用大功率半导体激光器进行激光合金化修复，激光器合金工艺参数为：激光器输出功率为3250W，矩形光斑2×14mm，扫描速度为650mm/min，合金化过程中采用氩气保护；按照图纸及有关技术要求对合金化后的活塞销进行机械加工，达到尺寸和精度要求；对加工后的活塞销进行表面着色探伤，检测是否有缺陷，保证活塞销表面质量达到合格标准，检验合格后包装密封好。
实施例5
确定活塞销表面磨损部位及其磨损量，根据检测结果，用砂纸进行打磨，去除活塞销表面的疲劳层；对柴油机活塞销的表面进行清理，使用无水乙醇和丙酮反复清洗，除掉待修复部位的油污和锈蚀，并进行干燥处理；对活塞销采用超声波和着色无损探伤，确保待修复活塞销表面和内部无裂纹等缺陷；配制激光合金化粉末，各成分质量百分比为：C 1.0％，Si 4.0％,B 3.0％,Ti 9.0％,Cr1.8％,Co 1.8％,Mo 2.0％，其余为Fe，合金粉末粒径为100-700nm；将配制好的合金粉末放入三维混粉器中混合3小时，使其均匀；配制合金化涂料，其化学成分的质量百分比为：合金粉末80％、酒精10％、丙酮10％，将合金化涂料均匀喷涂在柴油机活塞销表面，然后烘干，涂层厚度为0.5mm；将柴油机活塞销装夹在大功率半导体激光加工数控机床上，采用大功率半导体激光器进行激光合金化修复，激光器合金工艺参数为：激光器输出功率为3400W，矩形光斑2×14mm，扫描速度为800mm/min，合金化过程中采用氩气保护；按照图纸及有关技术要求对合金化后的活塞销进行机械加工，达到尺寸和精度要求；对加工后的活塞销进行表面着色探伤，检测是否有缺陷，保证活塞销表面质量达到合格标准，检验合格后包装密封好。
实施例6
确定活塞销表面磨损部位及其磨损量，根据检测结果，用砂纸进行打磨，去除活塞销表面的疲劳层；对柴油机活塞销的表面进行清理，使用无水乙醇和丙酮反复清洗，除掉待修复部位的油污和锈蚀，并进行干燥处理；对活塞销采用超声波和着色无损探伤，确保待修复活塞销表面和内部无裂纹等缺陷；配制激光合金化粉末，各成分质量百分比为：C 0.9％，Si 2.0％,B 3.0％,Ti 8.0％,Cr2.0％,Co 1.5％,Mo 1.5％，其余为Fe，合金粉末粒径为100-700nm；将配制好的合金粉末放入三维混粉器中混合3小时，使其均匀；配制合金化涂料，其化学成分的质量百分比为：合金粉末70％、酒精25％、丙酮5％，将合金化涂料均匀喷涂在柴油机活塞销表面，然后烘干，涂层厚度为0.4mm；将柴油机活塞销装夹在大功率半导体激光加工数控机床上，采用大功率半导体激光器进行激光合金化修复，激光器合金工艺参数为：激光器输出功率为3500W，矩形光斑2×14mm，扫描速度为750mm/min，合金化过程中采用氩气保护；按照图纸及有关技术要求对合金化后的活塞销进行机械加工，达到尺寸和精度要求；对加工后的活塞销进行表面着色探伤，检测是否有缺陷，保证活塞销表面质量达到合格标准，检验合格后包装密封好。
实施例7
确定活塞销表面磨损部位及其磨损量，根据检测结果，用砂纸进行打磨，去除活塞销表面的疲劳层；对柴油机活塞销的表面进行清理，使用无水乙醇和丙酮反复清洗，除掉待修复部位的油污和锈蚀，并进行干燥处理；对活塞销采用超声波和着色无损探伤，确保待修复活塞销表面和内部无裂纹等缺陷；配制激光合金化粉末，各成分质量百分比为：C 0.9％，Si 2.0％,B 2.5％,Ti 10.0％,Cr1.5％,Co 1.5％,Mo 1.5％，其余为Fe，合金粉末粒径为100-700nm；将配制好的合金粉末放入三维混粉器中混合3小时使其均匀；配制合金化涂料，其化学成分的质量百分比为：合金粉末75％、酒精20％、丙酮5％，将合金化涂料均匀喷涂在柴油机活塞销表面，然后烘干，涂层厚度为0.45mm；将柴油机活塞销装夹在大功率半导体激光加工数控机床上，采用大功率半导体激光器进行激光合金化修复，激光器合金工艺参数为：激光器输出功率为3400W，矩形光斑2×14mm，扫描速度为900mm/min，合金化过程中采用氩气保护；按照图纸及有关技术要求对合金化后的活塞销进行机械加工，达到尺寸和精度要求；对加工后的活塞销进行表面着色探伤，检测是否有缺陷，保证活塞销表面质量达到合格标准，检验合格后包装密封好。
实施例8
确定活塞销表面磨损部位及其磨损量，根据检测结果，用砂纸进行打磨，去除活塞销表面的疲劳层；对柴油机活塞销的表面进行清理，使用无水乙醇和丙酮反复清洗，除掉待修复部位的油污和锈蚀，并进行干燥处理；对活塞销采用超声波和着色无损探伤，确保待修复活塞销表面和内部无裂纹等缺陷；配制激光合金化粉末，各成分质量百分比为：C 0.9％，Si 4.0％,B 3.0％,Ti 9.5％,Cr 2.5％,Co 2.0％,Mo 2.0％，其余为Fe，合金粉末粒径为100-700nm；将配制好的合金粉末放入三维混粉器中混合3小时，使其均匀；配制合金化涂料，其化学成分的质量百分比为：合金粉末65％、酒精30％、丙酮10％，均匀喷涂在柴油机活塞销表面，然后烘干，涂层厚度为0.5mm；将柴油机活塞销装夹在大功率半导体激光加工数控机床上，采用大功率半导体激光器进行激光合金化修复，激光器合金工艺参数为：激光器输出功率为3500W，矩形光斑2×14mm，扫描速度为1000mm/min，合金化过程中采用氩气保护；按照图纸及有关技术要求对合金化后的活塞销进行机械加工，达到尺寸和精度要求；对加工后的活塞销进行表面着色探伤，检测是否有缺陷，保证活塞销表面质量达到合格标准，检验合格后包装密封好。

Claims (3)

1.一种大型柴油机活塞销的修复方法，其特征在于：
(1)确定活塞销表面磨损部位及其磨损量，根据检测结果，用砂纸进行打磨，去除活塞销表面的疲劳层；
(2)对柴油机活塞销的表面进行清理，使用无水乙醇和丙酮反复清洗，除掉待修复部位的油污和锈蚀，并进行干燥处理；
(3)对活塞销采用超声波和着色无损探伤，确保待修复活塞销表面和内部无裂纹；
(4)配制激光合金化所用合金粉末，将配制好的合金粉末放入三维混粉器中混合3小时，使其均匀；所述合金粉末的质量百分比为：C 0.9-1.0％，Si 2.0-4.0％,B 2.0-3.0％,Ti 8.0-10.0％,Cr 1.5-2.5％,Co 1.5-2.0％,Mo 1.5-2.0％，其余为Fe，合金粉末粒径为100-700nm；
(5)将合金粉末与酒精和丙酮混合成合金化涂料，将其均匀喷涂在柴油机活塞销表面，然后烘干，涂层厚度为0.4-0.5mm；
(6)将柴油机活塞销装夹在大功率半导体激光加工数控机床上，采用大功率半导体激光器进行激光合金化修复，设定激光器合金化工艺参数：激光器输出功率为3000-3500W，矩形光斑2×14mm，扫描速度为500-1000mm/min，合金化过程中采用惰性气体保护；
(7)按照图纸及有关技术要求对合金化后的活塞销进行机械加工，达到尺寸和精度要求；
(8)对加工后的活塞销进行表面着色探伤，检测是否有缺陷，保证活塞销表面质量达到合格标准。
2.根据权利要求1所述的大型柴油机活塞销的修复方法，其特征在于：所述合金化涂料的化学成分质量百分比为：合金粉末60％-80％、酒精10％-30％、丙酮5％-10％。
3.根据权利要求1所述的大型柴油机活塞销的修复方法，其特征在于：所述的惰性气体为氩气。
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