CN107779860B - 一种液压立柱活塞杆及中缸筒激光熔覆方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于激光表面加工技术领域，具体涉及一种液压立柱活塞杆及中缸筒激光熔覆方法。该方法的步骤是：1)熔覆前准备；2)一次激光熔覆；3)层间抬升；4)二次激光熔覆；采用两次不等速激光熔覆，来达到提高性能和效率、降低成本的目的。两次熔覆速度、熔覆厚度和搭接率不一致，第一次熔覆速度较慢、熔覆厚度较厚、搭接率较小，第二次熔覆速度较快、熔覆厚度较薄、搭接率较大，且整个熔覆过程中功率保持不变,该方法不仅解决了气孔、夹杂、未融合等熔覆缺陷，提高了熔覆层的硬度、耐腐蚀等性能，而且大幅度提高了熔覆效率，降低了生产成本。

Description

一种液压立柱活塞杆及中缸筒激光熔覆方法
技术领域
本发明属于激光表面加工技术领域，具体涉及一种液压立柱活塞杆及中缸筒激光熔覆方法。
背景技术
液压立柱是煤炭开采设备液压支架的重要组成部分，主要包括活塞杆和缸筒，由于其工作环境非常恶劣，所以活塞杆和中缸筒外表面必须要求严格的防腐性能。传统的工艺方法是在外表面电镀一层硬铬，以达到其性能要求，但是由于电镀存在严重的污染，且镀铬层本身存在较大的孔隙率等缺陷，逐渐被新工艺激光熔覆所取代，虽然激光熔覆层较电镀层在性能和使用寿命上均有很明显改善，但是目前激光熔覆技术还未完善，现阶段活塞杆和中缸筒在激光熔覆时还存在以下问题：
1.由于激光器功率密度一定，所以激光熔覆速度很难得到提升。
2.由于激光熔覆时搭接沟槽过深，导致成本居高不下。
3.对于细长的零件，熔覆时间较长，零件后半段受热严重，很容易造成零件变形，导致返工，降低生产效率。
4.当熔覆厚度较厚时，很容易在熔覆层中出现夹杂、气孔等缺陷，导致熔覆层防腐性能下降。
发明内容
为了解决上述背景技术中的问题，本发明提出一种液压立柱活塞杆及中缸筒激光熔覆方法，不仅有效地解决了因搭接沟槽过深导致生产成本居高不下、生产效率低下的问题，而且降低了熔覆层出现夹杂、气孔等缺陷的几率，一定程度上提高了熔覆层的防腐性能。
本发明的基本工作原理是：
本发明采取了一种液压立柱活塞杆及中缸筒激光熔覆方法，采用两次不等速激光熔覆，来达到提高性能和效率、降低成本的目的。两次熔覆速度、熔覆厚度和搭接率不一致，第一次熔覆速度较慢、熔覆厚度较厚、搭接率较小，第二次熔覆速度较快、熔覆厚度较薄、搭接率较大，且整个熔覆过程中功率密度保持不变。
本发明的具体技术方案是：
本发明提供了一种液压立柱活塞杆及中缸筒激光熔覆方法，包括以下步骤：
1)熔覆前准备；
在待熔覆零件上确定熔覆区域，确定熔覆的起始位置A1和终止位置A2；
2)一次激光熔覆；
调节出粉量，使其对应的熔覆厚度为所需熔覆厚度的65％～75％；调节熔覆线速度为16～18mm/s；调节搭接率为34～36％；调节激光功率密度为15～18kw/cm2；运行激光器出光，激光器从待熔覆区域的起始位置A1移动至终止位置A2，对待熔覆零件进行一次熔覆；
3)层间抬升；
在完成步骤2)后，将激光器沿熔覆层高度方向抬升步骤2)中熔覆厚度的距离，保持激光器的与待熔覆零件之间的距离恒定；
4)二次激光熔覆；
再次调节出粉量，使其对应的熔覆厚度为所需熔覆厚度的25％～35％；调节熔覆线速度为19～21mm/s；调节搭接率为36～38％；保证激光器的功率密度和一次熔覆时一致，激光器从待熔覆区域的终止位置A2移动至起始位置A1，对待熔覆零件进行二次熔覆。
基于上述基本方法的描述，下面给出本发明方法的优选方案：
上述方法还包括步骤5)对熔覆零件检测，确保了对后续工作的完善：
若检测待熔覆零件的熔覆厚度和表面状态符合要求，则工作完成；
若待熔覆零件的熔覆厚度小于所需熔覆厚度且表面状态符合要求，则确定缺少的熔覆厚度、调整出粉量、熔覆线速度和搭接率，再次重复步骤2)，直至待熔覆零件所需的熔覆厚度和表面状态符合要求；
若待熔覆零件的熔覆厚度大于所需熔覆厚度且表面状态符合要求，则直接对待熔覆零件进行后续磨削加工；
若待熔覆零件的熔覆厚度满足要求且表面状态有残缺时，则确定存在缺陷的位置、调整出粉量、调整激光器光斑大小，对表面存在缺陷的位置进行修补，直至待熔覆零件所需的熔覆厚度和表面状态符合要求；
优选的，上述熔覆粉末的材质采用合金粉末。
优选的，出粉口与待熔覆零件之间的距离为3-5mm。
优选的，激光器为半导体激光器，激光器光斑为矩形光斑。
优选的，活塞杆及中缸筒属于合金钢。
优选的，待熔覆零件的熔覆区域为轴类外表面。
本发明的有益效果是：
1.本发明采用的激光熔覆层组织更为致密，与单次熔覆相比具有更高的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
2.由于两次激光熔覆方向相反，多道扫描产生的能量密度叠加不会集中在零件一端，能够有效的减少零件由于某一端受热严重产生的变形。
3.本发明中第二次熔覆能够将第一次熔覆时的搭接沟槽完全重熔，且由于第二次熔覆厚度很薄、搭接率高，因此第二次熔覆本身的搭接沟槽很浅。很大程度上降低了熔覆用粉量，解决了熔覆成本居高不下的问题。
4.本发明采用两次不等速激光熔覆不仅解决了单次激光熔覆厚度受限的问题，而且整体提高了生产效率。
5.本发明采用两次不等速激光熔覆，第二次熔覆过程中能够将一次熔覆时产生的气孔、夹杂、未融合等缺陷彻底消除，解决了由于缺陷引起的返工率过高的问题。
具体实施方式
下面以液压立柱活塞杆及中缸筒的激光熔覆方法进行详述：
实例1：一种液压立柱活塞杆激光熔覆方法：
活塞杆待熔覆区域的规格：Φ190×1000，熔覆要求：需要熔覆的厚度为1.2mm，表面无缺陷，中性盐雾腐蚀测试150小时无腐蚀点。
采用现有单次熔覆的方法具体步骤、参数以及熔覆效果是：
单次熔覆工艺参数：出粉量使其对应的熔覆厚度为1.2mm，熔覆线速度为9mm/s，搭接率为42％,激光器光斑大小2×14mm，激光功率密度为17kw/cm2，；
熔覆结束后检查零件表面有个别未融合缺陷，熔覆厚度1.25mm，后续加工之后切样测试，中性盐雾腐蚀测试200小时有个别腐蚀点，熔覆用粉量4.8kg。
采用本发明的方法具体步骤、参数以及熔覆效果是：
一次熔覆工艺参数：出粉量使其对应的熔覆厚度为0.8mm(占所需熔覆厚度的67％)，熔覆线速度为17mm/s，搭接率为34％，激光器光斑大小2×14mm，激光功率密度为16kw/cm2，；
二次熔覆工艺参数：出粉量使其对应的熔覆厚度为0.4mm(占所需熔覆厚度的33％)，熔覆线速度为20mm/s，搭接率为36％，激光器光斑大小2×14mm，激光功率密度为16kw/cm2，；
二次熔覆结束后检查零件表面无缺陷，且熔覆厚度1.25mm，经后续加工之后切样测试，中性盐雾腐蚀测试200小时无腐蚀点，熔覆用粉量4.2kg。
效率对比：一次熔覆用时63分钟，二次熔覆用时55分钟，总共用时118分钟；目前单层直接熔覆1.2mm用时143分钟，相比之下，用时减少25分钟，熔覆效率显著提高。
熔覆质量对比：目前单次熔覆后表面有个别未融合缺陷，中性盐雾腐蚀测试200小时有个别腐蚀点，本发明的熔覆方法熔覆后表面无缺陷，且中性盐雾腐蚀测试200小时无任何腐蚀点。相比之下，熔覆质量显著提高。
熔覆成本对比：本规格零件目前单次熔覆用粉量8.0kg/m2，本发明熔覆用粉量6.8kg/m2，粉末节约1.2kg/m2。
实例2：一种液压立柱中缸筒激光熔覆方法：
采用现有单次熔覆的方法具体步骤、参数以及熔覆效果是：
中缸筒待熔覆区域的规格：Φ220×1010，熔覆要求：需要熔覆的厚度为1.4mm，表面无缺陷，中性盐雾腐蚀测试150小时无腐蚀点。
采用现有单次熔覆的方法具体步骤、参数以及熔覆效果是：
单次熔覆工艺参数：出粉量使其对应的熔覆厚度为1.4mm，熔覆线速度为9mm/s，搭接率为43％,激光器光斑大小2×14mm，激光功率密度为18kw/cm2，；
熔覆结束后检查零件表面有个别未融合缺陷，熔覆厚度1.40mm，后续加工之后切样测试，中性盐雾腐蚀测试200小时有个别腐蚀点，熔覆用粉量5.6kg。
采用本发明的方法具体步骤、参数以及熔覆效果是：
一次熔覆工艺参数：出粉量使其对应的熔覆厚度为1.0mm(占所需熔覆厚度的71.4％)，熔覆线速度为18mm/s，搭接率为35％，激光器光斑大小2×14mm，激光功率密度为16kw/cm2，；
二次熔覆工艺参数：出粉量使其对应的熔覆厚度为0.4mm，熔覆线速度为21mm/s，搭接率为37％，激光器光斑大小2×14mm，激光功率密度为16kw/cm2，；
二次熔覆结束后检查零件表面无缺陷，且熔覆厚度1.46mm，经后续加工之后切样测试，中性盐雾腐蚀测试200小时无腐蚀点，熔覆用粉量4.6kg。
效率对比：一次熔覆用时69分钟，二次熔覆用时63分钟，总共用时132分钟；目前单层直接熔覆1.4mm用时162分钟，相比之下，用时减少30分钟，熔覆效率显著提高。
熔覆质量对比：目前单次熔覆后表面有个别未融合缺陷，中性盐雾腐蚀测试200小时有个别腐蚀点，本发明的熔覆方法熔覆后表面无缺陷，且中性盐雾腐蚀测试200小时无任何腐蚀点。相比之下，熔覆质量显著提高。
熔覆成本对比：本规格零件目前单次熔覆用粉量8.0kg/m2，本发明熔覆用粉量6.5kg/m2，粉末节约1.5kg/m2。
当一次熔覆厚度大于所需熔覆厚度的75％时，保证熔覆质量的前提下，由于一次熔覆产生的搭接沟槽太深，二次熔覆时必须增加搭接率来保证熔覆面的平整度，熔覆速率下降。
当一次熔覆厚度小于所需熔覆厚度的65％时，保证熔覆质量的前提下，由于二次熔覆厚度太厚，其本身产生的搭接沟槽太深，必须增加搭接率来保证熔覆面的平整度，熔覆速率下降。
以上描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书只是说明本发明，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。

Claims (7)

1.一种液压立柱活塞杆及中缸筒激光熔覆方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)熔覆前准备；
在待熔覆零件上确定熔覆区域，确定熔覆的起始位置A1和终止位置A2；
2)一次激光熔覆；
调节出粉量，使其对应的熔覆厚度为所需熔覆厚度的65％～75％；调节熔覆线速度为16～18mm/s；调节搭接率为34～36％；激光器光斑大小为2×14mm；调节激光功率密度为15～18kw/cm2；运行激光器出光，激光器从待熔覆区域的起始位置A1移动至终止位置A2，对待熔覆零件进行一次熔覆；
3)层间抬升；
在完成步骤2)后，将激光器沿熔覆层高度方向抬升步骤2)中熔覆厚度的距离，以保证激光器与待熔覆零件之间的距离恒定；
4)二次激光熔覆；
再次调节出粉量，使其对应的熔覆厚度为所需熔覆厚度的25％～35％；调节熔覆线速度为19～21mm/s；激光器光斑大小为2×14mm；调节搭接率为36～38％；保证激光器的功率密度和一次熔覆时一致，激光器从待熔覆区域的终止位置A2移动至起始位置A1，对待熔覆零件进行二次熔覆。
2.根据权利要求1所述的液压立柱活塞杆及中缸筒激光熔覆方法，其特征在于：还包括步骤5)对熔覆零件检测；
若检测待熔覆零件的熔覆厚度和表面状态符合要求，则工作完成；
若待熔覆零件的熔覆厚度小于所需熔覆厚度且表面状态符合要求，则确定缺少的熔覆厚度、调整出粉量、熔覆线速度和搭接率，再次重复步骤2)，直至待熔覆零件所需的熔覆厚度和表面状态符合要求；
若待熔覆零件的熔覆厚度大于所需熔覆厚度且表面状态符合要求，则直接对待熔覆零件进行后续的磨削加工；
若待熔覆零件的熔覆厚度满足要求且表面状态有残缺时，则确定存在缺陷的位置、调整出粉量、熔覆线速度，对表面存在缺陷的位置进行修补，直至待熔覆零件所需的熔覆厚度和表面状态符合要求。
3.根据权利要求1或2所述的一种液压立柱活塞杆及中缸筒激光熔覆方法，其特征在于：熔覆粉末的材质采用合金粉末。
4.根据权利要求1或2所述的一种液压立柱活塞杆及中缸筒激光熔覆方法，其特征在于：出粉口与待熔覆零件之间的距离为3-5mm。
5.根据权利要求1或2所述的一种液压立柱活塞杆及中缸筒激光熔覆方法，其特征在于：激光器为半导体激光器，激光器光斑为矩形光斑。
6.根据权利要求1或2所述的一种液压立柱活塞杆及中缸筒激光熔覆方法，其特征在于：活塞杆及中缸筒属于合金钢。
7.根据权利要求1或2所述的一种液压立柱活塞杆及中缸筒激光熔覆方法，其特征在于：待熔覆零件的熔覆区域为轴类外表面。
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