CN108015424B - 一种用于trt承缸铸铁件的激光-电弧复合再制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于TRT承缸铸铁件的激光‑电弧复合再制造方法，所述合金粉末以重量百分比计由如下组分构成：0.01～0.03％C、2.5～3.5％Si、0.5～1.5％B、0.2～0.5％Fe、10～15％Cu，余量为Ni。采用自熔合金粉末对TRT承缸铸铁件进行激光熔覆‑电弧焊接复合再制造修复，熔覆层具有较低的热膨胀特性，且能够显著地减少修复层与基体界面区域的脆性相，增加界面区域强度，阻止界面区域裂纹的产生，提高修复质量。

Description

一种用于TRT承缸铸铁件的激光-电弧复合再制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于修复TRT承缸铸铁件的自熔合金粉末。更特别地，本发明还涉及一种TRT承缸铸铁件修复方法。
背景技术
TRT承缸铸铁件为环状球墨铸铁件，承缸铸铁件内壁在服役使用过程中经过泥沙、煤渣等冲刷腐蚀之后不断损伤剥落，内壁尺寸超差之后无法使用。为了恢复承缸铸铁件内壁尺寸，需要对内壁表面进行再制造修复。常见的修复方法为手工焊条修复。该方法的步骤是：将内壁打磨之后直接进行焊接修复，修复过程中锤击焊缝，修复完成之后进行500-550℃去应力热处理。其缺点是：第一、电弧焊接热输入过大，直接导致基体热损伤严重，增加了界面脆性区的宽度和白口倾向。第二、界面处碳元素的扩散明显，容易形成脆性相。第三、界面处脆性较大，强度不够，容易引起开裂。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明提出一种改进的TRT承缸铸铁件激光熔覆-电弧焊接复合再制造修复的材料和方法，其能够显著地减少修复层与基体界面区域的脆性相，增加界面区域强度，阻止界面区域裂纹的产生，提高修复质量。
在一个方面中，本发明涉及一种自熔合金粉末，该合金粉末以重量百分比计由如下组分构成：0.01～0.03％C、2.5～3.5％Si、0.5～1.5％B、0.2～0.5％Fe、10～15％Cu，余量为Ni。
在优选的实施方式中，所述自熔合金粉末以重量百分比计由如下组分构成：0.03％C、2.8％Si、1.1％B、0.5％Fe、12.0％Cu，余量为Ni。
在优选的实施方式中，所述自熔合金粉末的粉末粒度为35-120μm。
在优选的实施方式中，所述自熔合金粉末为球形。
在优选的实施方式中，所述自熔合金粉末用于修复TRT承缸铸铁件。
在另一个方面中，本发明涉及一种TRT承缸铸铁件修复方法，使用如上所述的自熔合金粉末作为激光熔覆粉末材料，采用激光熔覆-电弧焊接复合再制造工艺进行修复。
在优选的实施方式中，所述方法包括如下步骤：
(1)TRT承缸铸铁件疲劳层去除：采用角磨机或砂轮将待修复表面的疲劳层去除，暴露出新鲜基体，并将表面磨平；
(2)承缸铸铁件装夹：将承缸铸铁件固定在工作转台上，承缸铸铁件轴线与转台轴线重合，承缸每旋转一周，激光头在垂直于熔覆方向的方向上偏移1.8-2.5mm；
(3)粉末烘干：将自熔合金粉末放入真空烘箱内，抽真空至0.1MPa以下，然后加热至100℃-150℃，保温1h-2h，随炉冷却到室温；
(4)激光熔覆：使用氩气作为送粉气体和保护气体，氩气纯度为99.99％；使用铜喷嘴同步送粉，在受损面熔覆2层或3层熔覆层；采用半导体激光器或光纤激光器，激光熔覆功率为2kW-6kW，扫描速度为500-1000mm/min，搭接率45％-55％，送粉速度25-80g/min；
(5)电弧堆焊恢复尺寸：通过电弧堆焊在激光熔覆层上继续进行修复，焊接电流100-200A，焊接速度100-200mm/min，每道焊缝完成之后，立即使用尖锤锤击焊道，在焊道锤击部位出现肉眼可见凹坑；在每进行下一道焊道堆焊前，均对前一道焊道表面进行清理；
(6)焊后热处理：采用真空热处理炉对承缸铸铁件进行焊后热处理，热处理温度为500-550℃，保温时间3-8h，之后随炉冷却；
(7)无损检测：采用渗透探伤、X射线探伤和超声探伤对再制造后的部位进行裂纹和气孔等缺陷的检测。
在本发明的自熔合金粉末组成成份区间，经多次试验和理论验证，在再制造修复过程中具有良好的成形性和流动性，能够有效阻隔基体中碳元素向熔覆层中扩散，从而有效降低白口倾向。形成的熔覆层具有较低的热膨胀特性，降低成形过程中开裂倾向。采用本发明的修复方法能够有效地减少修复层与基体界面区域的脆性相，增加界面区域强度，阻止界面区域裂纹的产生，并提高修复质量。
附图说明
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明，其中各结构部件并不一定按比例绘制。
图1为本发明TRT承缸铸铁件修复方法的工艺流程图。
图2为本发明TRT承缸铸铁件修复方法的示意图，示出激光熔覆过程。
图3为本发明TRT承缸铸铁件修复方法的示意图，示出电弧焊接过程。
附图中：1、大载荷电机系统；2、承缸装夹自动旋转工作平台；3、待修复承缸件；4、激光熔覆头；5、电弧焊枪系统。
具体实施方式
下文将结合附图来对本发明的原理和特征进行描述，所描述的实施例仅用于解释本发明，并不意图对本发明的范围构成任何限定，本发明所要求保护的范围仅通过所附的权利要求来限定。
在下文的实施例中所采用的自熔合金粉末以重量百分比计由如下组分构成：0.03％C、2.5％Si、1.1％B、0.5％Fe、12.0％Cu，余量为Ni。粉末呈球形，粒度为35-120μm。
实施例1：
TRT承缸铸铁件表面存在大量腐蚀和磨损，磨损厚度达到30mm，表面存在大量裂纹，初步检测判定裂纹深度达到15mm。再制造修复步骤如下：
(1)TRT承缸铸铁件疲劳层去除：采用角磨机或砂轮将待修复表面的疲劳层去除，暴露出新鲜基体，并将表面磨平；
(2)承缸铸铁件装夹：将承缸铸铁件固定在工作转台上，承缸铸铁件轴线与转台轴线重合，承缸每旋转一周，激光头在垂直于熔覆方向的方向上偏移2mm；
(3)粉末烘干：将自熔合金粉末放入真空烘箱内，抽真空至0.1MPa以下，然后加热至150℃，保温1h，随炉冷却到室温；
(4)激光熔覆：使用氩气作为送粉气体和保护气体，氩气纯度为99.99％；使用铜喷嘴同步送粉，在受损面熔覆2层熔覆层；采用3500W飞虹半导体激光器，激光熔覆功率为3kW，扫描速度为500mm/min，搭接率45％，送粉速度50g/min；
(5)电弧堆焊恢复尺寸：通过电弧堆焊在激光熔覆层上继续进行修复，焊接电流100A，焊接速度150mm/min，每道焊缝完成之后，立即使用尖锤锤击焊道，在焊道锤击部位出现肉眼可见凹坑；在每进行下一道焊道堆焊前，均对前一道焊道表面进行清理；
(6)焊后热处理：采用真空热处理炉对承缸铸铁件进行焊后热处理，热处理温度为550℃，保温时间4h，之后随炉冷却；
(7)无损检测：采用渗透探伤、X射线探伤和超声探伤对再制造后的部位进行裂纹和气孔等缺陷的检测。
实施例2：
TRT承缸铸铁件表面存在不均匀的腐蚀和磨损现象，最大磨损坑深度达到40mm，表面存在大量裂纹，初步检测判定裂纹深度达到12mm。再制造修复步骤如下：
(1)TRT承缸铸铁件疲劳层去除：采用角磨机或砂轮将待修复表面的疲劳层去除，暴露出新鲜基体，并将表面磨平；
(2)承缸铸铁件装夹：将承缸铸铁件固定在工作转台上，承缸铸铁件轴线与转台轴线重合，承缸每旋转一周，激光头在垂直于熔覆方向的方向上偏移1.8mm；
(3)粉末烘干：将自熔合金粉末放入真空烘箱内，抽真空至0.1MPa以下，然后加热至120℃，保温1.5h，随炉冷却到室温；
(4)激光熔覆：使用氩气作为送粉气体和保护气体，氩气纯度为99.99％；使用铜喷嘴同步送粉，在受损面熔覆2层熔覆层；采用4000WIPG光纤激光器，激光熔覆功率为3.5kW，扫描速度为700mm/min，搭接率45％，送粉速度75g/min；
(5)电弧堆焊恢复尺寸：通过电弧堆焊在激光熔覆层上继续进行修复，焊接电流150A，焊接速度180mm/min，每道焊缝完成之后，立即使用尖锤锤击焊道，在焊道锤击部位出现肉眼可见凹坑；在每进行下一道焊道堆焊前，均对前一道焊道表面进行清理；
(6)焊后热处理：采用真空热处理炉对承缸铸铁件进行焊后热处理，热处理温度为520℃，保温时间4.5h，之后随炉冷却；
(7)无损检测：采用渗透探伤、X射线探伤和超声探伤对再制造后的部位进行裂纹和气孔等缺陷的检测。

Claims (3)

1.一种用于TRT承缸铸铁件的激光-电弧复合再制造方法，其特征在于，使用自熔合金粉末作为激光熔覆粉末材料，采用激光熔覆-电弧焊接复合再制造工艺进行修复；
所述方法包括如下步骤：
(1)TRT承缸铸铁件疲劳层去除：采用角磨机或砂轮将待修复表面的疲劳层去除，暴露出新鲜基体，并将表面磨平；
(2)承缸铸铁件装夹：将承缸铸铁件固定在工作转台上，承缸铸铁件轴线与转台轴线重合，承缸每旋转一周，激光头在垂直于熔覆方向的方向上偏移1.8-2.5mm；
(3)粉末烘干：将自熔合金粉末放入真空烘箱内，抽真空至0.1MPa以下，然后加热至100℃-150℃，保温1h-2h，随炉冷却到室温；
(4)激光熔覆：使用氩气作为送粉气体和保护气体，氩气纯度为99.99％；使用铜喷嘴同步送粉，在受损面熔覆2层或3层熔覆层；采用半导体激光器或光纤激光器，激光熔覆功率为2kW-5kW，扫描速度为500-1000mm/min，搭接率45％-55％，送粉速度25-80g/min；
(5)电弧堆焊恢复尺寸：通过电弧堆焊在激光熔覆层上继续进行修复，焊接电流100-200A，焊接速度100-200mm/min，每道焊缝完成之后，立即使用尖锤锤击焊道，在焊道锤击部位出现肉眼可见凹坑；在每进行下一道焊道堆焊前，均对前一道焊道表面进行清理；
(6)焊后热处理：采用真空热处理炉对承缸铸铁件进行焊后热处理，热处理温度为500-550℃，保温时间3-8h，之后随炉冷却；
(7)无损检测：采用渗透探伤、X射线探伤和超声探伤对再制造后的部位进行裂纹和气孔缺陷的检测；
所述自熔合金粉末以重量百分比计由如下组分构成：C的含量大于0.01％、小于等于0.03％，Si的含量大于等于2.5％、小于等于3.5％，B的含量大于0.5％、小于等于1.5％，Fe的含量大于等于0.2％、小于等于0.5％，Cu的含量大于10％、小于等于15％，余量为Ni。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述合金粉末的粉末粒度为35-120μm。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述合金粉末为球形。
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