CN108453344A - 一种对圆环工件外圆表面重熔处理的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种对圆环工件外圆表面重熔处理的装置及方法。该装置包括减速电机、联轴器、主轴、氩弧焊枪、水银滑环、2个轴承座和绝缘板；所述的主轴整体为圆柱形，包括主轴中间段、主轴左段、主轴右段；主轴左段、右段与主轴中间段的配合端的水平配合面之间，分布有云母片；所述的主轴的右段装配有水银滑环的旋转端；水银滑环的固定端接电弧焊焊接电源正极，焊枪被固定在主轴中间段的正上方，焊枪接电弧焊焊接电源负极。本发明的氩弧重熔设备结构简单、巧妙，且有氩气保护，可以防止工件重熔时表面的氧化。

Description

一种对圆环工件外圆表面重熔处理的装置及方法

技术领域

本发明属于金属材料表面处理技术领域，特别涉及一种对圆环工件外圆表面重熔处理的装置及方法。

背景技术

金属表面处理技术可以在不增加太多成本的情况下，强化工件表面或修复废旧的零件，从而提高产品的使用寿命和可靠性，改善机械设备的性能、质量，增强产品的竞争力。特别是对于某些只要求表面性能高的工件，通过表面处理使其表面强化达到使用要求，与采用高性能的材料去生产均质工件相比，表面处理技术对于节约材料、节约能源具有重要意义。

然而，金属表面处理技术中的表面重熔处理技术可以均匀金属表面组织、减缓焊缝的淬硬组织和残余应力、有效改善喷涂层与基体间的结合强度和内在质量，从而提高金属及表面强化层的硬度、耐磨性、耐蚀性等性能，近年来已成为表面处理技术研究中的热点。目前，常用的重熔处理方法主要有氩弧重熔、激光重熔、电子束重熔、火焰重熔、感应重熔和热处理炉整体加热等，但是氩弧重熔由于操作简单、设备轻便灵活、易于维护，因此具有较大的推广前景。

CN106367707A公开了一种对超音速喷涂WC-12Co涂层进行激光重熔的方法，CN106521384A公开了一种利用电子束重熔技术提高Nb-Si基合金抗氧化性的方法，但是这两种方法共同的缺点是，重熔设备体积大、价格昂贵，因此只适用于一些高端领域的应用，并且只能在平面上进行重熔，不利于广泛推广。CN1420200A公开了一种大型辊表面涂层的重熔方法及其重熔装置，该装置采用火焰对辊表面进行重熔处理，虽然操作方便、效率高、且成本较低，但是火焰重熔热源不集中，对工件的热输入太大，对工件的加热温度太高容易引起基体的组织性能变化，因此该方法有一定的局限性。因此设计出能对圆环工件外圆表面重熔处理，且便于推广的重熔装置与方法就成了表面处理技术中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的为针对当前技术中存在的不足，提供一种对圆环工件外圆表面重熔处理的装置及方法。该装置采用主轴三段式设计，并在主轴最右端装配上水银滑环，从而实现对圆环工件外圆表面的重熔处理。本发明的氩弧重熔设备结构简单、巧妙，且有氩气保护，可以防止工件重熔时表面的氧化。

本发明采取的技术方案如下：

一种对圆环工件外圆表面重熔处理的装置，该装置包括减速电机、联轴器、主轴、氩弧焊枪、水银滑环、2个轴承座和绝缘板；

所述的主轴整体为圆柱形，包括主轴中间段、主轴左段、主轴右段；主轴中间段整体为“Z”字型，即两端呈L型，主轴左段、右段与主轴中间段的配合端也呈L型，水平配合面之间，分布有云母片；螺栓从上到下依次穿过主轴左段、云母片和主轴中间段的左端，将主轴左段和主轴中间段连接为一体，并固定在左轴承座上；主轴右段与主轴左段的结构、形状相同，与主轴中间段的连接也相同，和主轴中间段连接为一体，固定在右轴承座上；

所述的减速电机与左、右两个轴承座均固定在绝缘板；减速电机、联轴器和主轴的左段依次水平相连，并且减速电机、联轴器和主轴同在一条轴线上；

所述的主轴的右段装配有水银滑环的旋转端；水银滑环的固定端接电弧焊焊接电源正极，焊枪被固定在主轴中间段的正上方，焊枪接电弧焊焊接电源负极。

所述的联轴器为中间设置有绝缘体的轴连器；所述的绝缘体优选为橡胶；

所述的对圆环工件外圆表面重熔处理的方法，包括以下步骤：

(1)将外圆表面喷涂有NiCrBSi涂层的圆环工件进行清洗；

(2)将主轴中间段拆卸下来，使圆环工件过盈配合套在主轴中间段上，然后将主轴左段、主轴右段分别固定在左右两个轴承座上，然后将主轴中间段固定于主轴左段、主轴右段，其中，水平接触面之间设置有云母片；

(3)将绝缘板水平放置在工作台上，调整焊枪使其在圆环工件正上方且与主轴处于平行状态；

(4)将焊枪固定在圆环工件正上方，且钨极距离工件1.5～3mm，电弧焊焊接电源负极接在焊枪上，电弧焊焊接电源正极接在水银滑环的固定端上，将焊接电流调至30～100A，氩气流速为10L/min，调节减速电机转速，使圆环工件表面的线速度为100～300mm/min。

(5)接通减速电机，待圆环工件在主轴的带动下开始旋转时，接通焊接电源引弧后，焊枪开始对工件进行加热重熔，目测工件表面被重熔一周后，断开焊接电源；

(6)将焊枪水平平移2.5～3.5mm，接通焊接电源引弧，紧挨着刚刚重熔的地方继续重熔，目测工件表面被重熔一周后，断开焊接电源；

(7)重复步骤(6)直到工件表面全部覆盖重熔层；

(8)待圆形工件与主轴完全冷却后，将主轴中间段拆卸下来，再将工件取下来，去掉表面的氧化皮，即可得到外圆表面喷涂层经重熔处理的圆环工件。

本发明的有益效果为：

(1)本发明与其他对平板件重熔处理的装置不同，该装置的主轴穿过工件，工件与主轴同心，并且主轴较长可以装载多个工件，而焊枪固定在工件的正上方，工作时电机带动主轴旋转，主轴旋转带动工件旋转，焊枪引弧后即可开始重熔处理，因此该装置针对的是对圆环工件的外圆表面及其强化层(喷涂层，熔覆层)的重熔处理。

(2)本发明装置的主轴采用三段式的设计，主轴中间段与两端用螺母与螺栓连接，并用云母片做垫片使主轴与两端不直接接触，这样可以使得重熔过程中主轴中间段的热量不传递到主轴的两端，主轴两端的轴承座受热膨胀后可能导致卡死，致使主轴停止转动，以及热量传递到联轴器、电机，会损坏联轴器与电机，主轴右端的水银滑环受热后容易损坏，导致氩弧焊接回路断电，重熔处理停止。因此该装置可以连续工作而不用暂停散热，此外主轴中间段可以同时装上多个工件，因此与其他的重熔装置相比，该装置的工作效率较高。

(3)在主轴右段装配上水银滑环，水银滑环两端可自由旋转且电导通，这样当主轴旋转时既可以防止接焊接电源导线的缠绕，又可以保证主轴旋转过程中焊接电流不断电；而当前技术中，氩弧焊接电源负极接在焊枪上，正极直接接工件。

(4)与激光重熔、电子束重熔相比，氩弧重熔设备便宜，体积小便于运输，工作成本低；与火焰重熔相比，氩弧重熔热源集中，对工件的热输入小，可以防止温度过高会对工件基体进行热处理而改变其性能，且由于氩弧重熔有氩气保护，因此可以防止工件表面在重熔时和空气反应从而降低性能。

附图说明

图1为本发明一种对圆环工件外圆表面重熔处理装置的示意图

图2为本发明一种对圆环工件外圆表面重熔处理装置的主轴的结构图；其中，图2(a)为主轴中间段的主视图；图2(b)为主轴两端的主视图；图2(c)为云母片的俯视图；

图3为本发明实施例所制得的重熔后的金属圆环式样照片

其中，1-减速电机，2-联轴器，3-绝缘体，4-云母片，5-氩弧焊枪，6-圆环工件，7-主轴，8-螺栓与螺母，9-水银滑环，10-轴承座，11-绝缘板，12-焊接电源负极，13-焊接电源正极，21-螺纹孔，22-主轴左、右段，23-主轴中间段，A-平面A，B-平面B，A1-平面A1，B1-平面B1。

具体实施方式

以下结合实例对本发明做进一步阐述，但本发明并不局限于具体实施例。

本发明一种对圆环工件外圆表面重熔处理的装置(参见图1)包括减速电机1、联轴器2、绝缘体3、主轴、云母片4、氩弧焊枪5、圆环工件6、水银滑环9、轴承座10和绝缘板11；

用螺栓与螺母8从左至右依次将减速电机1与两个轴承座10均固定在绝缘板11上，且减速电机1、联轴器2和主轴同在一条轴线上，减速电机1位于绝缘板11的左端(参见图1)；

所述的主轴是用45号钢加工的整根转轴加工后形成的三段，主轴中间段23、主轴左段、主轴右段(装配图参见图1,拆解图参见图2-左段、中间段和右段)，主轴左段、右段在主轴中间段23两端，主轴左段与右段完全相同，主轴左段、右段被分别装配到轴承座10上(参见图1)，主轴中间段23整体为“Z”字型，即两端呈L型，主轴左段、右段与主轴中间段23的配合端也呈L型，且A面与A1面配合，B面与B1面配合，云母片位于A面与A1面之间(参见图2)，即主轴左段与主轴中间段的左端匹配，二者的水平端面之间用云母片间隔；并用螺栓从上到下依次穿过主轴中间段23、云母片4、主轴左、右段、螺母，从而连接主轴中间段23与主轴左右段22，将其固定位一体，依然是圆柱形，主轴左段A1面长度为20-60mm，主轴左段B1面高度为10-50mm，云母片的厚度为3-20mm；

用联轴器2连接减速电机1与主轴的左段，且电机的转速可调节，选用两边用橡胶隔开且不能通电的联轴器2，联轴器2中间有绝缘体3隔开，绝缘体3用以防止重熔过程中的电流传递给减速电机1，主轴的右段装配有水银滑环9的旋转端；圆环工件6被固定在主轴中间段23上，且与主轴中间段23同心(圆形工件与主轴中间段是过盈配合，一次装卡工件的数量1-10个)，焊枪5被固定在主轴中间段23的正上方，水银滑环9的固定端接焊接电源正极13，焊枪接焊接电源负极12。

所述的绝缘体优选为橡胶；

本发明所述的水银滑环是公知器件，是以水银为流体介质的一种导电旋转接头，以液态水银为导电介质，将固定端与旋转端集成在一起。

所述的对圆环工件外圆表面重熔处理的方法，包括以下步骤：

(1)将外圆表面喷涂有NiCrBSi涂层的圆环工件6，放入装有丙酮的超声波清洗机对其进行清洗，以去除工件上面的油脂及表面的杂物；

(2)将主轴中间段23拆卸下来，使圆环工件6过盈配合套在主轴中间段23上(两者不可相对旋转)，然后再将主轴中间段23与主轴两端22用螺栓与螺母8连接起来，且云母片4置于主轴中间段与主轴两端之间避免两者接触；

(3)将绝缘板11水平放置在工作台上，调整焊枪5使其在圆环工件6正上方且与主轴处于平行状态。

(4)将焊枪5固定在圆环工件6正上方，且钨极距离工件2mm，氩弧焊接电源负极12接在焊枪上，氩弧焊接电源正极13接在水银滑环9的固定端上，将焊接电流调至60A，氩气流速为10L/min，调节减速电机1转速，使圆环工件6表面的线速度为230mm/min。

(5)接通减速电机1，待圆环工件6在主轴的带动下开始旋转时，接通焊接电源引弧后，焊枪5开始对工件进行加热重熔，目测工件表面被重熔一周后，断开焊接电源。

(6)将焊枪5水平平移3mm(要挨着刚刚重熔的地方)，接通焊接电源引弧，紧挨着刚刚重熔的地方继续重熔，目测工件表面被重熔一周后，断开焊接电源，继续水平平移3mm，重复步骤(6)直到工件表面全部覆盖重熔层；

(7)待圆形工件6与主轴完全冷却后，松开主轴上的螺栓与螺母8，将主轴中间段23拆卸下来，再将工件取下来，去掉表面的氧化皮，即可得到外圆表面喷涂层经重熔处理的圆环工件。

①主要在于主轴采用三段式的设计，主轴中间段与主轴左右段用螺母与螺栓连接，并用云母片做垫片使主轴中间段与主轴左右段不直接接触，这样可以使得重熔过程中主轴中间段的热量不传递到主轴的两端，主轴两端的轴承座受热膨胀后可能导致卡死，致使主轴停止转动，以及热量传递到联轴器、电机，会损坏联轴器与电机，主轴右段的水银滑环受热后容易损坏，导致氩弧焊接回路断电，重熔处理停止。②主轴穿过工件，工件与主轴同心，并且主轴较长可以装载多个工件，而焊枪固定在工件的正上方，工作时电机带动主轴旋转，主轴旋转带动工件旋转，焊枪引弧后即可开始重熔处理，因此使用该装置可以对圆环工件的外圆表面进行重熔。③在主轴上装配上水银滑环，水银滑环两端可自由旋转且电导通，这样既可以防止接焊接电源的导线缠绕，又可以保证主轴旋转过程中焊接电流不断电。装置组成：用螺栓与螺母将两个轴承座与减速电机固定在绝缘板上，且三者在同一条直线上，主轴分为主轴中间段与两端，主轴两端被装配到轴承座上，用联轴器连接减速电机与主轴左段，且电机的转速可调节，联轴器中间用绝缘体隔开，绝缘体用以防止重熔过程中的电流传递给电机，主轴右段装配上水银滑环；主轴两端与主轴中间段用云母片隔开使其两者不直接接触，并用螺母与螺栓连接；工件被固定在主轴中间段上，焊枪被固定在主轴中间段的正上方，水银滑环接焊接电源正极，焊枪接焊接电源负极。

用该装置重熔工件的方法：开启电机，将工件表面线速度、焊接电流、焊枪与工件的距离、氩气流速、重熔一道后的平移距离调整至最优值，焊枪引弧后即可对圆环工件表面进行重熔处理，引弧后主轴旋转一周即工件重熔一道，此时断电，将焊枪水平平移一段距离，通电引弧继续重熔，以此类推即可将工件逐道全部重熔。采用氩弧这种热源进行重熔的方法前人的专利已经有所涉及，之所以选用氩弧作热源进行重熔处理是因为氩弧设备便宜、简单，且氩弧重熔有氩气保护，可以防止工件重熔时表面的氧化。

本发明的工作机理为：氩弧属于电弧，因此重熔时焊接电源的正负极必须是电导通的，且电流要稳定不能断电或变小或变大，而本装置重熔时工件与主轴一起旋转，焊枪接焊接电源负极，按照当前的设计，无论是工件还是主轴接焊接电源正极，都会引起焊接电源正极的导线跟着主轴或工件旋转从而导致导线缠绕；水银滑环分为左端(旋转端)与右端(固定端)，且两端都有带螺纹的接线柱，且两端可以自由旋转且电导通，并且电流平稳，因此可以直接将水银滑环左端的接线柱拧进主轴右段，右端接线柱接上焊接电源负极，这样一来重熔时水银滑环左端跟着主轴旋转，而接焊接电源负极的右端不旋转，因此不会导致导线缠绕，从而重熔时形成如下焊接电路：焊接正极电源线→焊枪→工件→主轴中间段→主轴右段→水银滑环→焊接负极电源线。

从图3可以看到，一次装卸可重熔5个工件，这显著提高了工作效率，且重熔后的工件表面十分光亮，重熔层没有出现断断续续的情况，由于重熔过程中有氩气保护，重熔层没有出现严重的氧化现象。

以上所述，仅为本发明的一个实施例，此外还包括直接对金属圆环工件进行重熔，以及对外圆表面涂有金属涂料的圆环工件进行氩弧熔覆，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围之内。

本发明未尽事宜为公知技术。

Claims (3)

1.一种对圆环工件外圆表面重熔处理的装置，其特征为该装置包括减速电机、联轴器、主轴、氩弧焊枪、水银滑环、2个轴承座和绝缘板；

所述的主轴整体为圆柱形，包括主轴中间段、主轴左段、主轴右段；主轴中间段的两端呈L型，主轴左段、右段与主轴中间段的配合端也呈L型，水平配合面之间，分布有云母片；螺栓依次穿过主轴左段、云母片和主轴中间段的左端，将主轴左段和主轴中间段连接为一体，并固定在左轴承座上；主轴右段与主轴左段的结构、形状相同，与主轴中间段的连接也相同，和主轴中间段连接为一体，固定在右轴承座上；

所述的减速电机与左、右两个轴承座均固定在绝缘板上；减速电机、联轴器和主轴的左段依次水平相连，并且减速电机、联轴器和主轴同在一条轴线上；

所述的主轴的右段装配有水银滑环的旋转端；水银滑环的固定端接电弧焊焊接电源正极，焊枪被固定在主轴中间段的正上方，焊枪接电弧焊焊接电源负极。

2.如权利要求1所述的对圆环工件外圆表面重熔处理的装置，其特征为所述的联轴器为中间设置有绝缘体的轴连器；所述的绝缘体为橡胶。

3.如权利要求1所述的对圆环工件外圆表面重熔处理的方法，其特征为包括以下步骤：

（1）将外圆表面喷涂有涂层的圆环工件进行清洗；

（2）将主轴中间段拆卸下来，使圆环工件过盈配合套在主轴中间段上，然后将主轴左段、主轴右段分别固定在左右两个轴承座上，然后将主轴中间段固定于主轴左段、主轴右段，其中，水平接触面之间设置有云母片；

（3）将绝缘板水平放置在工作台上，调整焊枪使其在圆环工件正上方且与主轴处于平行状态；

（4）将焊枪固定在圆环工件正上方，且钨极距离工件1.5~3mm，电弧焊焊接电源负极接在焊枪上，电弧焊焊接电源正极接在水银滑环的固定端上，将焊接电流调至30~100A，氩气流速为10L/min，调节减速电机转速，使圆环工件表面的线速度为100~300mm/min；

（5）接通减速电机，待圆环工件在主轴的带动下开始旋转时，接通焊接电源引弧后，焊枪开始对工件进行加热重熔，目测工件表面被重熔一周后，断开焊接电源；

（6）将焊枪水平平移2.5~3.5mm，接通焊接电源引弧，紧挨着刚刚重熔的地方继续重熔，目测工件表面被重熔一周后，断开焊接电源；

（7）重复步骤（6）直到工件表面全部覆盖重熔层；

（8）待圆形工件与主轴完全冷却后，将主轴中间段拆卸下来，再将工件取下来，去掉表面的氧化皮，即可得到外圆表面喷涂层经重熔处理的圆环工件。