CN107419262A - 通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法 - Google Patents

通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于石化行业专用高速泵轴修复领域，涉及一种通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法，该方法针对长期运行过程中端齿出现磨损和裂纹的零件进行修复。首先将损坏端齿去除并重新制作新端齿，利用温差造成的零件尺寸变化进行热装，然后选用与基材类似力学性能的不锈钢粉末和耐磨的钴基合金粉末，采用激光熔覆工艺参数进行熔覆，并通过锤击法去除熔覆后零件中的残余应力，最后通过精密机加的方法使零件恢复至设计尺寸，从而恢复该高速泵齿轮轴的使用性能。本发明对高速齿轮泵轴进行激光熔覆修复，熔覆过程中基材一直维持在较低温度，零件变形几乎为零；所得熔覆层与基体呈冶金结合，自动化效率高、成本较低。

Description

通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法
技术领域
本发明属于石化行业专用高速泵轴修复领域，涉及一种通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法。
背景技术
我国石化行业在近年来得到很大的发展，石化行业大多使用进口设备，设备价值较高。零件的寿命对于石化行业生产非常重要，如果因为零件损坏而造成设备停机就意味着有巨大的经济损失，而且由于进口设备的配件订货周期较长，会严重影响企业的生产。高速泵石化行业的通用设备，泵轴又是其中的最主要易损坏部件，保证运行机组在一个大修周期内不停机，需要保证高速泵轴有良好的耐磨性和耐腐蚀性。由于这些高速泵轴属于进口设备零部件，采购周期特别长，而国内生产厂商不能生产出完全符合标准的高速泵轴，所以进口高速泵泵轴发生损坏，通常需要经历长时间订货才能得到可更换的零件，极大地影响企业生产和经济效益，或者更换整套高速泵设备，需要支付高昂的价格。因此，对高速泵泵轴进行修复，具有很高的价值。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种石化行业通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法，该方法针对长期运行过程中端齿出现磨损和裂纹的零件进行修复。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法，包括如下步骤：
(1)根据高速轴的损坏程度，确定泵轴的修复方案；
(2)将损坏高速齿轴端齿去除、加工配合面；
(3)根据测绘图纸制作新的端齿；
(4)将新的端齿与轴进行温差热装；
(5)激光熔覆焊接；
(6)堆焊层去除应力；
(7)精加工。
所述的通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法，步骤(1)中，高速轴在高速泵中拆解出来，采用丙酮清洗之后，进行裂纹、表面缺陷、各相关轴颈、齿轮的尺寸精度检查，以确定修复方案。
所述的通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法，步骤(2)中，将高速齿轮轴安装在车床上，将损坏的直径80mm端齿直接车削掉，加工与新端齿配合的热装面。
所述的通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法，步骤(3)中，经过车加工→磨外圆→立铣齿→磨齿→热处理齿部及外圆→磨外圆→车内孔→钻螺纹→磨内孔→磨齿，加工至尺寸要求。
所述的通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法，步骤(4)中，将端齿加热到80～120℃，保温1.5～2.5小时，使其受热膨胀，内孔变大；将加工好的高速齿轮轴放到工业冰箱里冷却到-70～-90℃，保温1.5～2.5小时，使其受冷缩小，外径变小；将两端配合面进行装配，过盈量为0.03～0.05mm，装配到原来总长尺寸。
所述的通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法，步骤(5)中，采用激光熔覆修复的工艺参数为：激光功率为1500～2500W，采用惰性气体氩气保护，保护气氩气流量为15～25L/min；送粉方式为同轴氩气送粉、送粉速度为1.0～2.0r/min，激光扫描速度为10～20mm/s，道与道之间的搭接率为50％～70％。
所述的通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法，步骤(6)中，采用锤击法对熔覆层进行应力去除，每熔覆一层就去除应力一次，锤击时间为4～6min。
所述的通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法，步骤(7)中，采用车床及磨床对修复部位进行最后精加工，以满足高速齿轮轴尺寸及精度要求。
本发明所达到的有益效果是：
1、本发明提供的一种通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法，其关键点为在车床上车去高速泵轴的端齿，另外机械加工一件新的端齿，使新的端齿与高速泵轴镶配在一起，并使新端齿的内径与高速泵轴上车光层的外径形成过盈配合，在中间的间隙位置进行激光熔覆连接，然后用机械加工的方法将其加工至所需尺寸。本发明提供的通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法，其工艺简单易于操作，对高速泵轴的修复全面彻底，节约生产的成本。
2、采用本发明工艺热影响区小，实现前所未有的低热输入堆焊层，结合强度高，由于形成良好的冶金结合，焊后不会剥落。
3、本发明工艺使用不同硬度的焊材，可以得到不同硬度的堆焊层。
附图说明
图1为通用型高速泵齿轮轴端齿示意图。
图2为图1中的齿部大端展开图。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明首先将损坏端齿去除并重新制作新端齿，利用温差造成的零件尺寸变化进行热装，然后选用与基材类似强度的不锈钢金属粉末和耐磨的钴基金属粉末，采用合理的激光熔覆工艺参数进行熔覆，并通过锤击法去除熔覆后零件中的残余应力，最后通过精密机加的方法使零件恢复至设计尺寸，从而恢复该高速泵齿轮轴的使用性能。
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
本实施例中，通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法，包括如下步骤：
(1)根据高速轴的损坏程度，确定泵轴的修复方案；
(2)将损坏高速齿轴端齿去除、加工配合面；
(3)根据测绘图纸制作新的端齿；
(4)将新的端齿与轴进行温差热装；
(5)激光熔覆焊接；
(6)堆焊层去除应力；
(7)精加工。
在步骤(1)中，高速轴在高速泵中拆解出来，采用丙酮清洗之后，进行裂纹、表面缺陷、各相关轴颈、齿轮的尺寸精度和跳动值检查，以确定修复方案。跳动值可在普通车床上，用百分表检查，量不能超过0.01mm，若大于该值，则应进行修复。
在步骤(2)中，将高速齿轮轴安装在车床上，调整跳动值在0.01mm，将损坏的直径80mm端齿直接车削掉，在车削过程中预留一个直径40mm、长20mm台阶与新端齿配合。
在步骤(3)中，按图1和图2加工至尺寸要求：车加工→磨外圆Φ80mm尺寸要求+0.5mm到+0.7mm之间→立铣齿，上分度头以101度左端面为基准，夹住Φ80mm外圆，跳动≤0.010mm，齿数：28，齿角度：55°，深度：5mm→磨齿，上卡盘，搭正弦规，检查外圆跳动≤0.009mm→热处理齿部及外圆，齿部及外圆Φ80mm，氮化处理D1.0-HV500(氮化处理单边深度为1mm,维氏硬度为500)；→磨外圆→车内孔Φ40H5→钻螺纹Φ20.2mm→磨内孔→磨齿。
在步骤(4)中，将加工好的端齿加热到100℃，保温2小时，使其受热膨胀，内孔变大。将加工好的高速齿轮轴放到冰箱里冷却到-80℃，保温2小时，使其受冷缩小，外径变小。将两端配合面进行装配，过盈量为0.04mm，装配到原来总长尺寸，令其自然冷却。
在步骤(5)中，热装的端齿和高速轴之间还有20mm的距离，采用激光熔覆修复的方法连接。工艺参数为：激光功率为1500～2500W，采用惰性气体氩气保护，保护气氩气流量为15～25L/min。送粉方式为同轴氩气送粉、送粉速度为1.0～2.0r/min，激光扫描速度为10～20mm/s，道与道之间的搭接率为50％～70％。本实施例中，激光功率为2000W，采用惰性气体氩气保护，保护气氩气流量为20L/min。送粉方式为同轴氩气送粉、送粉速度为1.5r/min，激光扫描速度为15mm/s，道与道之间的搭接率为60％。
选择耐磨性、耐蚀性较基体高且焊接性优良的铁基和钴基合金作为连接处的熔覆材料，进行上述选择的作用效果是：不锈钢金属粉末的力学性能和基材类似，表面再熔覆一层钴基合金材料能够满足原来基材的氮化处理的硬度要求。其中，铁基粉末粒度为200～300目，其名义成分为：Fe-17Cr-4Ni-4Cu-4Nb-0.5C；钴基粉末粒度为200～300目，其名义成分为Co-30Cr-5W-1.2C；
对于热装底部部分首先采用铁基合金粉末进行堆焊，然后再用钴基合金粉末进行熔覆层，熔覆层高度高于原始高度0.5mm。堆焊过程中减小高速轴温度的升高，实时记录温度变化，熔覆层温度不高于100℃，如果熔覆层温度接近100℃，采用间歇熔覆法，使其降低到室温再重新开始熔覆，最终熔覆后要留有加工余量为1～2mm；
由于两种不同熔覆材料的硬度分别为：Fe-17Cr-4Ni-4Cu-4Nb-0.5C，HV350；Co-30Cr-5W-1.2C，HV500；泵轴的原始表层氮化硬度为HV480，心部硬度为HV300。而修复后材料心部硬度为HV300，表层硬度为HV500，并具有更好的耐磨性，其强度指标如下：抗拉强度为800MPa。
在步骤(6)中，采用锤击法对熔覆层进行应力去除，高速轴在加工平台一直旋转，每熔覆一层就去除应力一次，锤击时间为5min。
在步骤(7)中，采用车床及磨床对修复面进行最后精加工，以满足高速齿轮轴尺寸及精度要求。
实施例结果表明，本发明对石油化工行业通用的高速齿轮轴进行激光熔覆修复，熔覆过程中基材一直维持在较低温度，零件变形几乎为零；所得熔覆层与基体呈冶金结合，强度高，所用熔覆粉末较基体耐磨性高，自动化效率高、成本较低。
最后应说明的是以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)根据高速轴的损坏程度，确定泵轴的修复方案；
(2)将损坏高速齿轴端齿去除、加工配合面；
(3)根据测绘图纸制作新的端齿；
(4)将新的端齿与轴进行温差热装；
(5)激光熔覆焊接；
(6)堆焊层去除应力；
(7)精加工。
2.根据权利要求1所述的通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法，其特征在于，步骤(1)中，高速轴在高速泵中拆解出来，采用丙酮清洗之后，进行裂纹、表面缺陷、各相关轴颈、齿轮的尺寸精度检查，以确定修复方案。
3.根据权利要求1所述的通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法，其特征在于，步骤(2)中，将高速齿轮轴安装在车床上，将损坏的直径80mm端齿直接车削掉，加工与新端齿配合的热装面。
4.根据权利要求1所述的通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法，其特征在于，步骤(3)中，经过车加工→磨外圆→立铣齿→磨齿→热处理齿部及外圆→磨外圆→车内孔→钻螺纹→磨内孔→磨齿，加工至尺寸要求。
5.根据权利要求1所述的通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法，其特征在于，步骤(4)中，将端齿加热到80～120℃，保温1.5～2.5小时，使其受热膨胀，内孔变大；将加工好的高速齿轮轴放到工业冰箱里冷却到-70～-90℃，保温1.5～2.5小时，使其受冷缩小，外径变小；将两端配合面进行装配，过盈量为0.03～0.05mm，装配到原来总长尺寸。
6.根据权利要求1所述的通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法，其特征在于，步骤(5)中，采用激光熔覆修复的工艺参数为：激光功率为1500～2500W，采用惰性气体氩气保护，保护气氩气流量为15～25L/min；送粉方式为同轴氩气送粉、送粉速度为1.0～2.0r/min，激光扫描速度为10～20mm/s，道与道之间的搭接率为50％～70％。
7.根据权利要求1所述的通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法，其特征在于，步骤(6)中，采用锤击法对熔覆层进行应力去除，每熔覆一层就去除应力一次，锤击时间为4～6min。
8.根据权利要求1所述的通用型高速泵齿轮轴端齿磨损或裂纹激光熔覆修复方法，其特征在于，步骤(7)中，采用车床及磨床对修复部位进行最后精加工，以满足高速齿轮轴尺寸及精度要求。
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