CN110453218A - 一种基于激光熔覆焊接的采煤机行星架的修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于激光熔覆焊接的采煤机行星架的修复方法，该方法包括：一、激光熔覆焊接的焊前处理；二、圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接；三、位于多个花键齿末端的凹坑的激光熔覆焊接；四、激光熔覆焊接的焊后处理。本发明修复方法流程简单，在激光熔覆焊接修复行星架的过程中，能够避免行星架产生热变形和热疲劳损伤，同时熔覆层与基体材料的结合强度高，能够避免对行星架的外花键产生二次损伤，修复精度高，修复成本低，便于推广应用。

Description

一种基于激光熔覆焊接的采煤机行星架的修复方法
技术领域
本发明属于激光熔覆焊接的技术领域，具体涉及一种基于激光熔覆焊接的采煤机行星架的修复方法。
背景技术
采煤机的工况条件差，使用强度大，损伤形式多样化，采煤机的外形件多为磨损、腐蚀、变形、断裂，内藏件多为尺寸超差，采煤机行星架的局部重载会使采煤机行星架产生裂纹，对于采煤机的维修，需采用多种修复方案相结合，对于内藏件的尺寸超差，传统的修复方法多采用氩弧焊、刷镀、热喷涂等，对于外形件的磨损、腐蚀、变形和断裂，传统的修复方法多采用气保焊堆焊的方式，特别对于行星架、轴齿轮、水套、截齿等零件，既要保证修复后的零件尺寸又要保证修复部位的强度，而传统的修复方法无满足要求，存在热变形大，强度低等缺陷；因此，应该提供一种基于激光熔覆焊接的采煤机行星架的修复方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于激光熔覆焊接的采煤机行星架的修复方法，该方法在激光熔覆焊接修复行星架的过程中，能够避免行星架产生热变形和热疲劳损伤，同时熔覆层与基体材料的结合强度高，能够避免对行星架的外花键产生二次损伤，修复精度高，便于操作，修复成本低，便于推广应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于激光熔覆焊接的采煤机行星架的修复方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、激光熔覆焊接的焊前处理，具体包括以下步骤：
步骤101、行星架内外表面的清洗；
步骤102、行星架组成成分的检测：首先对已完成步骤101中行星架内外表面清洗的行星架的组成成分进行检测，再对所述行星架的不同部位进行硬度检测，根据所述行星架的组成成分的检测结果和所述行星架的不同部位的硬度检测结果，确定激光熔覆焊接修复所述行星架所采用的熔覆材料；
步骤103、尺寸检验和磨损缺陷的检验：对已清洗的行星架进行尺寸检验和磨损缺陷的检验；当磨损后的所述行星架的圆柱段连接轴的外径的超差值大于磨损前的圆柱段连接轴的外径的允许超差范围时；当所述行星架的外花键的多个花键齿的末端存在凹坑，且所述凹坑的深度值的范围为2mm～4mm，所述凹坑的横截面的面积的取值范围为200mm2～400mm2时，将所述圆柱段连接轴的外圆面和多个位于花键齿末端的凹坑标记为行星架的待修复部位；
步骤104、圆柱段连接轴的第一次车外圆加工：对待修复的圆柱段连接轴进行第一次车外圆加工，其中，第一次车外圆加工后的圆柱段连接轴的外径与磨损前的圆柱段连接轴的外径之间的差值的范围为2mm～4mm，且第一次车外圆加工后的所述圆柱段连接轴的外圆面的表面粗糙度不大于1.6μm；
步骤二、圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接，具体包括以下步骤：
步骤201、行星架在激光融覆焊接机上的第一次装夹：将已完成第一次车外圆加工的所述行星架装夹在激光融覆焊接机上，具体操作过程包括：
在已完成第一次车外圆加工的所述行星架的两端分别固定安装第一封板和第二封板，之后，将所述行星架装夹在激光融覆焊接机上，其中，所述激光融覆焊接机的四爪卡盘卡装在所述外花键上，所述激光融覆焊接机的尾座顶尖顶紧在第一封板的端面的中心，所述激光融覆焊接机的辊式支撑座支撑在所述行星架的中部；
步骤202、圆柱段连接轴的外圆面激光熔覆焊接的熔覆参数的设定；
步骤203、圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接：
启动所述激光融覆焊接机，由所述激光融覆焊接机的主轴带动所述行星架转动，在所述行星架转动的过程中，由所述激光融覆焊接机的激光熔覆头将所述熔覆材料沿着所述圆柱段连接轴的轴向方向逐道熔覆在所述圆柱段连接轴的外圆面上，形成单层熔覆层，其中，相邻的两道熔覆层之间的搭接宽度为0.4mm～0.8mm，所述单层熔覆层的厚度的取值范围为0.4mm～0.6mm；再由所述激光融覆焊接机的激光熔覆头将所述熔覆材料沿着所述圆柱段连接轴的径向方向逐层熔覆在所述圆柱段连接轴的外圆面上，形成圆环形修复熔覆层，当圆环形修复熔覆层的外径大于所述圆柱段连接轴的基体材料的外径时，且所述圆环形修复熔覆层的外径与所述圆柱段连接轴的基体材料的外径之间的差值范围为1mm～2mm时，所述激光融覆焊接机的激光熔覆头停止向所述圆柱段连接轴的外圆面上熔覆所述熔覆材料；
步骤三、多个位于花键齿末端的凹坑的激光熔覆焊接，具体包括以下步骤：
步骤301、行星架在激光融覆焊接机上的第二次装夹：调转已完成步骤202中圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接的所述行星架的方向，将所述行星架重新装夹在激光融覆焊接机上，其中，所述激光融覆焊接机的四爪卡盘卡装在所述圆柱段连接轴的外圆面上，所述激光融覆焊接机的尾座顶尖顶紧在第二封板的端面的中心，所述激光融覆焊接机的辊式支撑座支撑在所述行星架的中部；
步骤302、多个位于花键齿末端的凹坑的激光熔覆焊接的熔覆参数的设定；
步骤303、多个位于花键齿末端的凹坑的激光熔覆焊接：沿着所述外花键的周向方向对多个所述凹坑逐一进行激光熔覆焊接，对每个所述凹坑进行激光熔覆焊接的方法均相同，对单个所述凹坑进行激光熔覆焊接的方法包括以下过程：
启动所述激光融覆焊接机，由所述激光融覆焊接机的主轴带动所述行星架转动，当待修复的凹坑的深度方向呈竖直状态时，将所述激光融覆焊接机的主轴固定；之后，由所述激光融覆焊接机的激光熔覆头沿着所述待修复的凹坑的长度方向往复移动，将所述熔覆材料逐道熔覆在所述待修复的凹坑内，形成凹坑修复熔覆层，其中，相邻的两道熔覆层之间的搭接宽度为0.4mm～0.8mm；当所述凹坑修复熔覆层高于所述外花键的基体材料，且所述凹坑修复熔覆层与所述外花键的基体材料之间的高度差的范围为1mm～2mm；所述凹坑修复熔覆层的边界大于所述待修复的凹坑的边界，且所述凹坑修复熔覆层的边界与所述待修复的凹坑的边界之间的差值为5mm～8mm时，所述激光融覆焊接机的激光熔覆头停止向所述待修复的凹坑内熔覆所述熔覆材料；
步骤四、激光熔覆焊接的焊后处理，具体包括以下步骤：
步骤401、行星架的去应力处理：拆除第一封板和第二封板，之后，采用超声冲击去应力设备对激光熔覆焊接后的行星架进行去应力处理，其中，超声冲击去应力设备的振动频率为25kHz～35kHz，超声冲击去应力设备的振动时间的范围为20min～25min；
步骤402、圆柱段连接轴的第二次车外圆加工：采用钢刷去除激光熔覆焊接后的圆柱段连接轴的表面氧化层；之后，采用立式车床对激光熔覆焊接后的圆柱段连接轴的外圆面进行第二次车外圆加工，得到修复后的圆柱段连接轴，其中，修复后的圆柱段连接轴的外径的超差值必须在磨损前的所述圆柱段连接轴的外径的允许超差范围内，且所述圆柱段连接轴的表面粗糙度不大于3.2μm；
步骤403、多个位于花键齿末端的凹坑激光熔覆焊接后的修磨加工：采用抛光轮对多个所述凹坑修复熔覆层进行修磨，使所述凹坑修复熔覆层的表面粗糙度不大于6.3μm。
上述的一种基于激光熔覆焊接的采煤机行星架的修复方法，其特征在于：步骤102中，所述熔覆材料为Fe基合金粉末，其中，所述Fe基合金粉末中各成分的重量百分数分别为：C为0.25％～0.4％，Si为0.25％～0.55％，Mn为0.4％～0.9％，S为0.002％～0.008％，P为0.008％～0.015％，Cr为0.65％～1.10％，Mo为0.30％～0.45％，Ni为0.02％～0.08％，酸溶铝为0.001％～0.004％，Cu为0.05％～0.10％，余量为Fe，所述Fe基合金粉末的粒度为15μm～53μm。
上述的一种基于激光熔覆焊接的采煤机行星架的修复方法，其特征在于：步骤202中，所述激光融覆焊接机的激光功率为3000W～4000W,并采用氩气作为保护气,所述氩气的流量的取值范围为15L/min～25L/min；设定所述激光融覆焊接机的焊接电流的范围为150A～200A,设定所述激光融覆焊接机的频率的范围为20Hz～30Hz,设定所述激光融覆焊接机的脉宽的范围为6ms～10ms,设定所述激光融覆焊接机的离焦量的范围为220mm～250mm，设定所述激光融覆焊接机的激光扫描速度为300mm/min，设定所述激光融覆焊接机的光斑尺寸为10mm。
上述的一种基于激光熔覆焊接的采煤机行星架的修复方法，其特征在于：在步骤203圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接的过程中，采用红外测温仪测量圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接区的温度，保证圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接区的平均温度为50℃～60℃。
上述的一种基于激光熔覆焊接的采煤机行星架的修复方法，其特征在于：在步骤302中，与步骤202中圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接的熔覆参数不同的是，需要重新设定所述激光融覆焊接机激光扫描速度为280mm/min，重新设定所述激光融覆焊接机的光斑尺寸为12mm。
上述的一种基于激光熔覆焊接的采煤机行星架的修复方法，其特征在于：在步骤403之后，还需要进行探伤检验和硬度测试，采用表面着色探伤的检验方式对修复后的圆柱段连接轴的外圆面进行探伤检验，保证修复后的圆柱段连接轴的外圆面的表面无裂纹；采用里氏硬度计对修复后的圆柱段连接轴的外圆面进行硬度测试，其中，修复后的圆柱段连接轴的外圆面的硬度平均值的范围为HB240～HB280。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过在圆柱段连接轴的外圆面上实施激光熔覆焊接，熔覆材料经过激光熔覆后能够在圆柱段连接轴的外圆面上形成硬度与基体材料近似的圆环形修复熔覆层，利用圆环形修复熔覆层实现恢复圆柱段连接轴的外径的目的，并能够实现对圆柱段连接轴的基体材料表面强化的目的，在激光熔覆焊接修复行星架的过程中，与传统的电焊、氩弧焊等热加工相比较，能够避免行星架产生热变形和热疲劳损伤，与传统的电镀、喷涂等冷加工相比较，熔覆层与基体材料的结合强度高，能够满足圆柱段连接轴修复后的精度要求，便于推广应用。
2、本发明通过对凹坑进行实施激光熔覆焊接，熔覆材料经过激光熔覆后能够在凹坑内形成硬度与基体材料近似的凹坑修复熔覆层，利用凹坑修复熔覆层实现恢复外花键的多个花键齿的末端的外形尺寸，并能够实现对外花键的多个花键齿的末端的基体材料表面强化的目的，在激光熔覆焊接修复过程中，避免对行星架的外花键产生二次损伤，修复精度高，便于操作，修复成本低，便于推广应用。
3、本发明通过在已完成第一次车外圆加工后的行星架的两端分别固定安装第一封板和第二封板，有利于行星架在激光融覆焊接机上的装夹，由于行星架为中空的架体结构，且行星架的两个端面上均开设有螺纹孔，因此，可以巧妙的利用行星架的两个端面上现有的螺纹孔，通过螺栓将第一封板和第二封板分别固定连接在行星架的两端，第一封板和第二封板仅仅作为装夹的工艺板使用，解决了行星架在激光融覆焊接机上难以装夹的问题，当不需要将行星架在装夹激光融覆焊接机上时，即可以将第一封板和第二封板均拆除，拆装方便，不会对行星架的结构造成任何影响，使用效果好。
4、本发明修复方法流程简单、设计合理，修复成本低，便于推广应用。
综上，本发明修复流程简单，在激光熔覆焊接修复行星架的过程中，能够避免行星架产生热变形和热疲劳损伤，同时熔覆层与基体材料的结合强度高，能够避免对行星架的外花键产生二次损伤，修复精度高，便于操作，修复成本低，便于推广应用。
下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明修复方法的流程图。
图2为本发明磨损后的行星架、第一封板、和第二封板的连接关系示意图。
图3为本发明激光熔覆焊接圆柱段连接轴的外圆面时的结构示意图。
图4为本发明激光熔覆焊接多个位于花键齿末端的凹坑时的结构示意图。
附图标记说明:
1—行星架；1-1—圆柱段连接轴；1-2—外花键；
2-1—第一封板；2-2—第二封板；3—激光融覆焊接机；
3-1—四爪卡盘；3-2—尾座顶尖；3-3—辊式支撑座；
3-4—激光熔覆头；4-1—圆环形修复熔覆层；4-2—凹坑修复熔覆层。
具体实施方式
本发明通过实施例1～3进行详细描述。
实施例1
如图1至图4所示的一种基于激光熔覆焊接的采煤机行星架的修复方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、激光熔覆焊接的焊前处理，具体包括以下步骤：
步骤101、行星架内外表面的清洗；
本实施例中，步骤101中对行星架内外表面进行清洗的过程包括：首先，将行星架激光熔覆头1内外表面的污物清理干净；其次，用汽油或清洗剂清洗所述行星架激光熔覆头1的内外表面，在将所述行星架激光熔覆头1吹干后，采用除锈剂清除所述行星架激光熔覆头1内外表面的铁锈；最后，采用压缩空气将完成清洗和除锈的所述行星架激光熔覆头1内外表面吹干吹净；
步骤102、行星架组成成分的检测：首先对已完成步骤101中行星架内外表面清洗的行星架1的组成成分进行检测，再对所述行星架1的不同部位进行硬度检测，根据所述行星架1的组成成分的检测结果和所述行星架1的不同部位的硬度检测结果，确定激光熔覆焊接修复所述行星架1所采用的熔覆材料；
本实施例中，通过在已完成步骤101中行星架内外表面清洗的行星架1上进行取样检测，行星架1组成成分的检测结果见表1：
表1
成分 C Si Mn S P Cr Mo Ni 酸溶铝 Cu
含量(％) 0.34 0.40 0.70 0.007 0.011 0.99 0.40 0.05 0.003 0.061
本实施例中，经过对已完成步骤101中行星架内外表面清洗的行星架1的圆柱段连接轴1-1和外花键1-2的硬度进行检测，得到圆柱段连接轴1-1外圆面的硬度平均值为HB280，外花键1-2的花键齿的硬度平均值为HRC24.5，因此，激光熔覆焊接修复所述行星架1所采用的熔覆材料应该选用Fe基合金粉末，Fe基合金粉末经过激光熔覆后能够获得硬度与基体材料近似的熔覆层，Fe基合金粉末经过激光熔覆后获得的熔覆层与基体材料的熔合性能良好，且熔覆层的组织性能良好。
步骤103、尺寸检验和磨损缺陷的检验：对已清洗的行星架1进行尺寸检验和磨损缺陷的检验；当磨损后的所述行星架1的圆柱段连接轴1-1的外径的超差值大于磨损前的圆柱段连接轴1-1的外径的允许超差范围时；当所述行星架1的外花键1-2的多个花键齿的末端存在凹坑1-2-1，且所述凹坑1-2-1的深度值的范围为2mm～4mm，所述凹坑1-2-1的横截面的面积的取值范围为200mm2～400mm2时，将所述圆柱段连接轴1-1的外圆面和多个位于花键齿末端的凹坑1-2-1标记为行星架1的待修复部位；
本实施例中，磨损前所述行星架1的圆柱段连接轴1-1的外径为260mm，且磨损前的圆柱段连接轴1-1的外径的允许超差范围为±0.15mm，而检验得到磨损后的所述行星架1的圆柱段连接轴1-1的外径的超差值为﹣0.26mm，此时，磨损后的所述行星架1的圆柱段连接轴1-1的外径的超差值大于磨损前的圆柱段连接轴1-1的外径的允许超差范围，即需要对圆柱段连接轴1-1进行修复，使磨损后的圆柱段连接轴1-1的外径尺寸恢复至磨损前所述行星架1的圆柱段连接轴1-1的外径尺寸。
本实施例中，外花键1-2的花键齿的齿数为42个，检验后得到10个花键齿的末端均存在凹坑1-2-1，且10个所述凹坑1-2-1的深度分别为2mm、2.2mm、2.1mm、2.5mm、3mm、3.2mm、3.5mm、3.1mm、3.4mm、4mm，10个所述凹坑1-2-1的横截面的面积分别为200mm2、210mm2、250mm2、260mm2、200mm2、300mm2、310mm2、280mm2、380mm2、400mm2，即需要对10个花键齿的末端的凹坑1-2-1均进行修复，修复后的外花键1-2的表面应该无凹坑、无裂纹。
步骤104、圆柱段连接轴的第一次车外圆加工：对待修复的圆柱段连接轴1-1的外圆面进行第一次车外圆加工，其中，第一次车外圆加工后的圆柱段连接轴1-1的外径与磨损前的圆柱段连接轴1-1的外径之间的差值的范围为2mm～4mm，且第一次车外圆加工后的圆柱段连接轴1-1的外圆面的表面粗糙度不大于1.6μm；
本实施例中，在对待修复的圆柱段连接轴1-1的外圆面进行激光熔覆焊接之前，对待修复的圆柱段连接轴1-1的外圆面进行第一次车外圆加工，且要求第一次车外圆加工后的圆柱段连接轴1-1的外径与磨损前的圆柱段连接轴1-1的外径之间的差值的范围为2mm～4mm，以及所述圆柱段连接轴1-1的外圆面的表面粗糙度不大于1.6μm时，其原因在于：如果使Fe基合金粉末经过激光熔覆后直接在磨损后的圆柱段连接轴1-1的外圆面上形成熔覆层，那么熔覆层的厚度会小于1mm；而且，由于磨损后的圆柱段连接轴1-1的外圆面的表面粗糙度大于12.5μm，不利于熔覆层与基体材料之间的熔合，因此，需要在在对待修复的圆柱段连接轴1-1的外圆面进行激光熔覆焊接之前，首先对待修复的圆柱段连接轴1-1的外圆面进行第一次车外圆加工。
本实施例中，第一次车外圆加工后的圆柱段连接轴1-1的外径与磨损前的圆柱段连接轴1-1的外径之间的差值为2mm，且第一次车外圆加工后的圆柱段连接轴1-1的外圆面的表面粗糙度为1.6μm；
步骤二、圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接，具体包括以下步骤：
步骤201、行星架在激光融覆焊接机上的第一次装夹：将已完成第一次车外圆加工的所述行星架1装夹在激光融覆焊接机3上，具体操作过程包括：
在已完成第一次车外圆加工的所述行星架1的两端分别固定安装第一封板2-1和第二封板2-2，之后，将所述行星架1装夹在激光融覆焊接机3上，其中，所述激光融覆焊接机3的四爪卡盘3-1卡装在所述外花键1-2上，所述激光融覆焊接机3的尾座顶尖3-2顶紧在第一封板2-1的端面的中心，所述激光融覆焊接机3的辊式支撑座3-3支撑在所述行星架1的中部；
本实施例中，在已完成第一次车外圆加工的所述行星架1的两端分别固定安装第一封板2-1和第二封板2-2，其目的在于：有利于行星架1在激光融覆焊接机3上的装夹，由于行星架1为中空的架体结构，且行星架1的两个端面上均开设有螺纹孔，因此，可以巧妙的利用行星架1的两个端面上现有的螺纹孔，通过螺栓将第一封板2-1和第二封板2-2分别固定连接在行星架1的两端，第一封板2-1和第二封板2-2仅仅作为装夹的工艺板使用，解决了行星架1在激光融覆焊接机3上难以装夹的问题，当不需要将行星架1在装夹激光融覆焊接机3上时，即可以将第一封板2-1和第二封板2-2均拆除，拆装方便，不会对行星架1的结构造成任何影响，使用效果好。
本实施例中，在将所述激光融覆焊接机3的四爪卡盘3-1卡装在所述外花键1-2上时，需要在所述外花键1-2与四爪卡盘3-1的卡爪之间的铺设铜垫片，避免四爪卡盘3-1对所述外花键1-2的花键齿造成损伤，使用效果好。
步骤202、圆柱段连接轴的外圆面激光熔覆焊接的熔覆参数的设定；
步骤203、圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接：
启动所述激光融覆焊接机3，由所述激光融覆焊接机3的主轴带动所述行星架1转动，在所述行星架1转动的过程中，由所述激光融覆焊接机3的激光熔覆头3-4将所述熔覆材料沿着所述圆柱段连接轴1-1的轴向方向逐道熔覆在所述圆柱段连接轴1-1的外圆面上，形成单层熔覆层，其中，相邻的两道熔覆层之间的搭接宽度为0.4mm～0.8mm，所述单层熔覆层的厚度的取值范围为0.4mm～0.6mm；再由所述激光融覆焊接机3的激光熔覆头3-4将所述熔覆材料沿着所述圆柱段连接轴1-1的径向方向逐层熔覆在所述圆柱段连接轴1-1的外圆面上，形成圆环形修复熔覆层4-1，当圆环形修复熔覆层4-1的外径大于所述圆柱段连接轴1-1的基体材料的外径时，且所述圆环形修复熔覆层4-1的外径与所述圆柱段连接轴1-1的基体材料的外径之间的差值范围为1mm～2mm时，所述激光融覆焊接机3的激光熔覆头3-4停止向所述圆柱段连接轴1-1的外圆面上熔覆所述熔覆材料；
本实施例中，通过在圆柱段连接轴1-1的外圆面上实施激光熔覆焊接，所述熔覆材料经过激光熔覆后能够在圆柱段连接轴1-1的外圆面上形成硬度与基体材料近似的圆环形修复熔覆层4-1，利用圆环形修复熔覆层4-1实现恢复圆柱段连接轴1-1的外径的目的，并能够实现对圆柱段连接轴1-1的基体材料表面强化的目的，在激光熔覆焊接修复行星架的过程中，与传统的电焊、氩弧焊等热加工相比较，能够避免行星架产生热变形和热疲劳损伤，与传统的电镀、喷涂等冷加工相比较，熔覆层与基体材料的结合强度高，能够满足圆柱段连接轴1-1修复后的精度要求，便于推广应用。
本实施例中，在对圆柱段连接轴的外圆面进行激光熔覆焊接的过程中，相邻的两道熔覆层之间的搭接宽度为0.4mm，所述单层熔覆层的厚度的取值范围为0.4mm；当圆环形修复熔覆层4-1的外径大于所述圆柱段连接轴1-1的基体材料的外径时，且所述圆环形修复熔覆层4-1的外径与所述圆柱段连接轴1-1的基体材料的外径之间的差值为1mm时，所述激光融覆焊接机3的激光熔覆头3-4停止向所述圆柱段连接轴1-1的外圆面上熔覆所述熔覆材料。
步骤三、多个位于花键齿末端的凹坑的激光熔覆焊接，具体包括以下步骤：
步骤301、行星架在激光融覆焊接机上的第二次装夹：调转已完成步骤202中圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接的所述行星架1的方向，将所述行星架1重新装夹在激光融覆焊接机3上，其中，所述激光融覆焊接机3的四爪卡盘3-1卡装在所述圆柱段连接轴1-1的外圆面上，所述激光融覆焊接机3的尾座顶尖3-2顶紧在第二封板2-2的端面的中心，所述激光融覆焊接机3的辊式支撑座3-3支撑在所述行星架1的中部；
步骤302、多个位于花键齿末端的凹坑的激光熔覆焊接的熔覆参数的设定；
步骤303、多个位于花键齿末端的凹坑的激光熔覆焊接：沿着所述外花键1-2的周向方向对多个所述凹坑1-2-1逐一进行激光熔覆焊接，对每个所述凹坑1-2-1进行激光熔覆焊接的方法均相同，对单个所述凹坑1-2-1进行激光熔覆焊接的方法包括以下过程：
启动所述激光融覆焊接机3，由所述激光融覆焊接机3的主轴带动所述行星架1转动，当待修复的凹坑1-2-1的深度方向呈竖直状态时，将所述激光融覆焊接机3的主轴固定；之后，由所述激光融覆焊接机3的激光熔覆头3-4沿着所述待修复的凹坑1-2-1的长度方向往复移动，将所述熔覆材料逐道熔覆在所述待修复的凹坑1-2-1内，形成凹坑修复熔覆层4-2，其中，相邻的两道熔覆层之间的搭接宽度为0.4mm～0.8mm；当所述凹坑修复熔覆层4-2高于所述外花键1-2的基体材料，且所述凹坑修复熔覆层4-2与所述外花键1-2的基体材料之间的高度差的范围为1mm～2mm；所述凹坑修复熔覆层4-2的边界大于所述待修复的凹坑1-2-1的边界，且所述凹坑修复熔覆层4-2的边界与所述待修复的凹坑1-2-1的边界之间的差值为5mm～8mm时，所述激光融覆焊接机3的激光熔覆头3-4停止向所述待修复的凹坑1-2-1内熔覆所述熔覆材料；
本实施例中，通过对所述凹坑1-2-1进行实施激光熔覆焊接，所述熔覆材料经过激光熔覆后能够在所述凹坑1-2-1内形成硬度与基体材料近似的凹坑修复熔覆层4-2，利用凹坑修复熔覆层4-2实现恢复外花键1-2的多个花键齿的末端的外形尺寸，并能够实现对外花键1-2的多个花键齿的末端的基体材料表面强化的目的，在激光熔覆焊接修复过程中，避免对外花键1-2产生二次损伤，修复精度高，便于操作，修复成本低，便于推广应用。
本实施例中，对单个所述凹坑1-2-1进行激光熔覆焊接的过程中，相邻的两道熔覆层之间的搭接宽度为0.4mm；当所述凹坑修复熔覆层4-2高于所述外花键1-2的基体材料，且所述凹坑修复熔覆层4-2与所述外花键1-2的基体材料之间的高度差的范围为1mm；所述凹坑修复熔覆层4-2的边界大于所述待修复的凹坑1-2-1的边界，且所述凹坑修复熔覆层4-2的边界与所述待修复的凹坑1-2-1的边界之间的差值为5mm时，所述激光融覆焊接机3的激光熔覆头3-4停止向所述待修复的凹坑1-2-1内熔覆所述熔覆材料；
步骤四、激光熔覆焊接的焊后处理，具体包括以下步骤：
步骤401、行星架的去应力处理：拆除第一封板2-1和第二封板2-2，之后，采用超声冲击去应力设备对激光熔覆焊接后的行星架1进行去应力处理，其中，超声冲击去应力设备的振动频率的范围为25kHz～35kHz，超声冲击去应力设备的振动时间的范围为20min～25min；
本实施例中，超声冲击去应力设备的振动频率为25kHz，超声冲击去应力设备的振动时间为25min。
步骤402、圆柱段连接轴的第二次车外圆加工：采用钢刷去除激光熔覆焊接后的圆柱段连接轴1-1的表面氧化层；之后，采用立式车床对激光熔覆焊接后的圆柱段连接轴1-1的外圆面进行第二次车外圆加工，得到修复后的圆柱段连接轴，其中，修复后的圆柱段连接轴1-1的外径的超差值必须在磨损前的所述圆柱段连接轴1-1的外径的允许超差范围内，且所述圆柱段连接轴1-1的表面粗糙度不大于3.2μm；
本实施例中，在对激光熔覆焊接后的圆柱段连接轴1-1的外圆面进行第二次车外圆加工，得到修复后的圆柱段连接轴之后，检验得到修复后的圆柱段连接轴1-1的外径的超差值为﹢0.15，由于磨损前的圆柱段连接轴1-1的外径的允许超差范围为±0.15mm，即修复后的圆柱段连接轴1-1的外径的超差值在磨损前的所述圆柱段连接轴1-1的外径的允许超差范围内；同时，检验得到修复后的圆柱段连接轴1-1的表面粗糙度为3.2μm；
步骤403、多个位于花键齿末端的凹坑激光熔覆焊接后的修磨加工：采用抛光轮对多个所述凹坑修复熔覆层4-2进行修磨，使所述凹坑修复熔覆层4-2的表面粗糙度不大于6.3μm。
本实施例中，需要采用抛光轮对10个所述凹坑修复熔覆层4-2逐一进行修磨，且10个所述凹坑修复熔覆层4-2的表面粗糙度均为6.3μm。
本实施例中，步骤102中，所述熔覆材料为Fe基合金粉末，其中，所述Fe基合金粉末中各成分的重量百分数分别为：C为0.25％，Si为0.25％，Mn为0.4％，S为0.002％，P为0.008％，Cr为0.65％，Mo为0.30％，Ni为0.02％，酸溶铝为0.001％，Cu为0.05％，余量为Fe；所述Fe基合金粉末的粒度为15μm。
本实施例中，步骤202中，所述激光融覆焊接机3的激光功率为3000W,并采用氩气作为保护气,所述氩气的流量为15L/min；设定所述激光融覆焊接机3的焊接电流为150A,设定所述激光融覆焊接机3的频率为20Hz,设定所述激光融覆焊接机3的脉宽为6ms,设定所述激光融覆焊接机3的离焦量为220mm，设定所述激光融覆焊接机3的激光扫描速度为300mm/min，设定所述激光融覆焊接机3的光斑尺寸为10mm。
本实施例中，在步骤203圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接的过程中，采用红外测温仪测量圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接区的温度，保证圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接区的平均温度为50℃。
本实施例中，在步骤302中，与步骤202中圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接的熔覆参数不同的是，需要重新设定所述激光融覆焊接机3激光扫描速度为280mm/min，重新设定所述激光融覆焊接机3的光斑尺寸为12mm。
本实施例中，在步骤403之后，还需要进行探伤检验和硬度测试，采用表面着色探伤的检验方式对修复后的圆柱段连接轴1-1的外圆面进行探伤检验，保证修复后的圆柱段连接轴1-1的外圆面的表面无裂纹；采用里氏硬度计对修复后的圆柱段连接轴1-1的外圆面进行硬度测试，其中，修复后的圆柱段连接轴1-1的外圆面的硬度平均值为HB240。
实施例2
与实施例1不同的是：本实施例中，第一次车外圆加工后的圆柱段连接轴1-1的外径与磨损前的圆柱段连接轴1-1的外径之间的差值为3mm。
本实施例中，在对圆柱段连接轴的外圆面进行激光熔覆焊接的过程中，相邻的两道熔覆层之间的搭接宽度为0.6mm，所述单层熔覆层的厚度的取值范围为0.5mm；当圆环形修复熔覆层4-1的外径大于所述圆柱段连接轴1-1的基体材料的外径时，且所述圆环形修复熔覆层4-1的外径与所述圆柱段连接轴1-1的基体材料的外径之间的差值为1.5mm时，所述激光融覆焊接机3的激光熔覆头3-4停止向所述圆柱段连接轴1-1的外圆面上熔覆所述熔覆材料。
本实施例中，对单个所述凹坑1-2-1进行激光熔覆焊接的过程中，相邻的两道熔覆层之间的搭接宽度为0.6mm；当所述凹坑修复熔覆层4-2高于所述外花键1-2的基体材料，且所述凹坑修复熔覆层4-2与所述外花键1-2的基体材料之间的高度差的范围为1.5mm；所述凹坑修复熔覆层4-2的边界大于所述待修复的凹坑1-2-1的边界，且所述凹坑修复熔覆层4-2的边界与所述待修复的凹坑1-2-1的边界之间的差值为6mm时，所述激光融覆焊接机3的激光熔覆头3-4停止向所述待修复的凹坑1-2-1内熔覆所述熔覆材料；
本实施例中，步骤401中采用超声冲击去应力设备对激光熔覆焊接后的行星架1进行去应力处理，其中，超声冲击去应力设备的振动频率为30kHz，超声冲击去应力设备的振动时间为23min。
本实施例中，步骤402中在对激光熔覆焊接后的圆柱段连接轴1-1的外圆面进行第二次车外圆加工，得到修复后的圆柱段连接轴之后，检验得到修复后的圆柱段连接轴1-1的外径的超差值为﹣0.15，由于磨损前的圆柱段连接轴1-1的外径的允许超差范围为±0.15mm，即修复后的圆柱段连接轴1-1的外径的超差值在磨损前的所述圆柱段连接轴1-1的外径的允许超差范围内；同时，检验得到修复后的圆柱段连接轴1-1的表面粗糙度为1.6μm；
本实施例中，步骤403中采用抛光轮对10个所述凹坑修复熔覆层4-2逐一进行修磨后，10个所述凹坑修复熔覆层4-2的表面粗糙度均为3.2μm。
本实施例中，步骤102中，所述熔覆材料为Fe基合金粉末，其中，所述Fe基合金粉末中各成分的重量百分数分别为：C为0.3％，Si为0.4％，Mn为0.6％，S为0.005％，P为0.012％，Cr为0.85％，Mo为0.4％，Ni为0.06％，酸溶铝为0.003％，Cu为0.08％，余量为Fe；所述Fe基合金粉末的粒度为35μm。
本实施例中，步骤202中，所述激光融覆焊接机3的激光功率为3500W,所述氩气的流量为20L/min；设定所述激光融覆焊接机3的焊接电流为180A,设定所述激光融覆焊接机3的频率为25Hz,设定所述激光融覆焊接机3的脉宽为8ms,设定所述激光融覆焊接机3的离焦量为240mm。
本实施例中，在步骤203圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接的过程中，圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接区的平均温度为55℃。
本实施例中，修复后的圆柱段连接轴1-1的外圆面的硬度的平均值为HB260。
其他操作步骤均与实施例1相同。
实施例3
与实施例1不同的是：本实施例中，第一次车外圆加工后的圆柱段连接轴1-1的外径与磨损前的圆柱段连接轴1-1的外径之间的差值为4mm。
本实施例中，在对圆柱段连接轴的外圆面进行激光熔覆焊接的过程中，相邻的两道熔覆层之间的搭接宽度为0.8mm，所述单层熔覆层的厚度的取值范围为0.6mm；当圆环形修复熔覆层4-1的外径大于所述圆柱段连接轴1-1的基体材料的外径时，且所述圆环形修复熔覆层4-1的外径与所述圆柱段连接轴1-1的基体材料的外径之间的差值为2mm时，所述激光融覆焊接机3的激光熔覆头3-4停止向所述圆柱段连接轴1-1的外圆面上熔覆所述熔覆材料。
本实施例中，对单个所述凹坑1-2-1进行激光熔覆焊接的过程中，相邻的两道熔覆层之间的搭接宽度为0.8mm；当所述凹坑修复熔覆层4-2高于所述外花键1-2的基体材料，且所述凹坑修复熔覆层4-2与所述外花键1-2的基体材料之间的高度差的范围为2mm；所述凹坑修复熔覆层4-2的边界大于所述待修复的凹坑1-2-1的边界，且所述凹坑修复熔覆层4-2的边界与所述待修复的凹坑1-2-1的边界之间的差值为8mm时，所述激光融覆焊接机3的激光熔覆头3-4停止向所述待修复的凹坑1-2-1内熔覆所述熔覆材料；
本实施例中，步骤401中采用超声冲击去应力设备对激光熔覆焊接后的行星架1进行去应力处理，其中，超声冲击去应力设备的振动频率为35kHz，超声冲击去应力设备的振动时间为20min。
本实施例中，步骤402中在对激光熔覆焊接后的圆柱段连接轴1-1的外圆面进行第二次车外圆加工，得到修复后的圆柱段连接轴之后，检验得到修复后的圆柱段连接轴1-1的外径的超差值为﹢0.10，由于磨损前的圆柱段连接轴1-1的外径的允许超差范围为±0.15mm，即修复后的圆柱段连接轴1-1的外径的超差值在磨损前的所述圆柱段连接轴1-1的外径的允许超差范围内；同时，检验得到修复后的圆柱段连接轴1-1的表面粗糙度为0.8μm；
本实施例中，步骤102中，所述熔覆材料为Fe基合金粉末，其中，所述Fe基合金粉末中各成分的重量百分数分别为：C为0.4％，Si为0.55％，Mn为0.9％，S为0.008％，P为0.015％，Cr为1.10％，Mo为0.45％，Ni为0.08％，酸溶铝为0.004％，Cu为0.10％，余量为Fe；所述Fe基合金粉末的粒度为53μm。
本实施例中，步骤202中，所述激光融覆焊接机3的激光功率为4000W,所述氩气的流量为25L/min；设定所述激光融覆焊接机3的焊接电流为200A,设定所述激光融覆焊接机3的频率为30Hz,设定所述激光融覆焊接机3的脉宽为10ms,设定所述激光融覆焊接机3的离焦量为250mm。
本实施例中，在步骤203圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接的过程中，圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接区的平均温度为60℃。
本实施例中，修复后的圆柱段连接轴1-1的外圆面的硬度的平均值为HB280。
其他操作步骤均与实施例1相同。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于激光熔覆焊接的采煤机行星架的修复方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、激光熔覆焊接的焊前处理，具体包括以下步骤：
步骤101、行星架内外表面的清洗；
步骤102、行星架组成成分的检测：首先对已完成步骤101中行星架内外表面清洗的行星架(1)的组成成分进行检测，再对所述行星架(1)的不同部位进行硬度检测，根据所述行星架(1)的组成成分的检测结果和所述行星架(1)的不同部位的硬度检测结果，确定激光熔覆焊接修复所述行星架(1)所采用的熔覆材料；
步骤103、尺寸检验和磨损缺陷的检验：对已清洗的行星架(1)进行尺寸检验和磨损缺陷的检验；当磨损后的所述行星架(1)的圆柱段连接轴(1-1)的外径的超差值大于磨损前的圆柱段连接轴(1-1)的外径的允许超差范围时；当所述行星架(1)的外花键(1-2)的多个花键齿的末端存在凹坑(1-2-1)，且所述凹坑(1-2-1)的深度值的范围为2mm～4mm，所述凹坑(1-2-1)的横截面的面积的取值范围为200mm2～400mm2时，将所述圆柱段连接轴(1-1)的外圆面和多个位于花键齿末端的凹坑(1-2-1)标记为行星架(1)的待修复部位；
步骤104、圆柱段连接轴的第一次车外圆加工：对待修复的圆柱段连接轴(1-1)进行第一次车外圆加工，其中，第一次车外圆加工后的圆柱段连接轴(1-1)的外径与磨损前的圆柱段连接轴(1-1)的外径之间的差值的范围为2mm～4mm，且第一次车外圆加工后的所述圆柱段连接轴(1-1)的外圆面的表面粗糙度不大于1.6μm；
步骤二、圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接，具体包括以下步骤：
步骤201、行星架在激光融覆焊接机上的第一次装夹：将已完成第一次车外圆加工的所述行星架(1)装夹在激光融覆焊接机(3)上，具体操作过程包括：
在已完成第一次车外圆加工的所述行星架(1)的两端分别固定安装第一封板(2-1)和第二封板(2-2)，之后，将所述行星架(1)装夹在激光融覆焊接机(3)上，其中，所述激光融覆焊接机(3)的四爪卡盘(3-1)卡装在所述外花键(1-2)上，所述激光融覆焊接机(3)的尾座顶尖(3-2)顶紧在第一封板(2-1)的端面的中心，所述激光融覆焊接机(3)的辊式支撑座(3-3)支撑在所述行星架(1)的中部；
步骤202、圆柱段连接轴的外圆面激光熔覆焊接的熔覆参数的设定；
步骤203、圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接：
启动所述激光融覆焊接机(3)，由所述激光融覆焊接机(3)的主轴带动所述行星架(1)转动，在所述行星架(1)转动的过程中，由所述激光融覆焊接机(3)的激光熔覆头(3-4)将所述熔覆材料沿着所述圆柱段连接轴(1-1)的轴向方向逐道熔覆在所述圆柱段连接轴(1-1)的外圆面上，形成单层熔覆层，其中，相邻的两道熔覆层之间的搭接宽度为0.4mm～0.8mm，所述单层熔覆层的厚度的取值范围为0.4mm～0.6mm；再由所述激光融覆焊接机(3)的激光熔覆头(3-4)将所述熔覆材料沿着所述圆柱段连接轴(1-1)的径向方向逐层熔覆在所述圆柱段连接轴(1-1)的外圆面上，形成圆环形修复熔覆层(4-1)，当圆环形修复熔覆层(4-1)的外径大于所述圆柱段连接轴(1-1)的基体材料的外径时，且所述圆环形修复熔覆层(4-1)的外径与所述圆柱段连接轴(1-1)的基体材料的外径之间的差值范围为1mm～2mm时，所述激光融覆焊接机(3)的激光熔覆头(3-4)停止向所述圆柱段连接轴(1-1)的外圆面上熔覆所述熔覆材料；
步骤三、多个位于花键齿末端的凹坑的激光熔覆焊接，具体包括以下步骤：
步骤301、行星架在激光融覆焊接机上的第二次装夹：调转已完成步骤202中圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接的所述行星架(1)的方向，将所述行星架(1)重新装夹在激光融覆焊接机(3)上，其中，所述激光融覆焊接机(3)的四爪卡盘(3-1)卡装在所述圆柱段连接轴(1-1)的外圆面上，所述激光融覆焊接机(3)的尾座顶尖(3-2)顶紧在第二封板(2-2)的端面的中心，所述激光融覆焊接机(3)的辊式支撑座(3-3)支撑在所述行星架(1)的中部；
步骤302、多个位于花键齿末端的凹坑的激光熔覆焊接的熔覆参数的设定；
步骤303、多个位于花键齿末端的凹坑的激光熔覆焊接：沿着所述外花键(1-2)的周向方向对多个所述凹坑(1-2-1)逐一进行激光熔覆焊接，对每个所述凹坑(1-2-1)进行激光熔覆焊接的方法均相同，对单个所述凹坑(1-2-1)进行激光熔覆焊接的方法包括以下过程：
启动所述激光融覆焊接机(3)，由所述激光融覆焊接机(3)的主轴带动所述行星架(1)转动，当待修复的凹坑(1-2-1)的深度方向呈竖直状态时，将所述激光融覆焊接机(3)的主轴固定；之后，由所述激光融覆焊接机(3)的激光熔覆头(3-4)沿着所述待修复的凹坑(1-2-1)的长度方向往复移动，将所述熔覆材料逐道熔覆在所述待修复的凹坑(1-2-1)内，形成凹坑修复熔覆层(4-2)，其中，相邻的两道熔覆层之间的搭接宽度为0.4mm～0.8mm；当所述凹坑修复熔覆层(4-2)高于所述外花键(1-2)的基体材料，且所述凹坑修复熔覆层(4-2)与所述外花键(1-2)的基体材料之间的高度差的范围为1mm～2mm；所述凹坑修复熔覆层(4-2)的边界大于所述待修复的凹坑(1-2-1)的边界，且所述凹坑修复熔覆层(4-2)的边界与所述待修复的凹坑(1-2-1)的边界之间的差值为5mm～8mm时，所述激光融覆焊接机(3)的激光熔覆头(3-4)停止向所述待修复的凹坑(1-2-1)内熔覆所述熔覆材料；
步骤四、激光熔覆焊接的焊后处理，具体包括以下步骤：
步骤401、行星架的去应力处理：拆除第一封板(2-1)和第二封板(2-2)，之后，采用超声冲击去应力设备对激光熔覆焊接后的行星架(1)进行去应力处理，其中，超声冲击去应力设备的振动频率为25kHz～35kHz，超声冲击去应力设备的振动时间的范围为20min～25min；
步骤402、圆柱段连接轴的第二次车外圆加工：采用钢刷去除激光熔覆焊接后的圆柱段连接轴(1-1)的表面氧化层；之后，采用立式车床对激光熔覆焊接后的圆柱段连接轴(1-1)的外圆面进行第二次车外圆加工，得到修复后的圆柱段连接轴，其中，修复后的圆柱段连接轴(1-1)的外径的超差值必须在磨损前的所述圆柱段连接轴(1-1)的外径的允许超差范围内，且所述圆柱段连接轴(1-1)的表面粗糙度不大于3.2μm；
步骤403、多个位于花键齿末端的凹坑激光熔覆焊接后的修磨加工：采用抛光轮对多个所述凹坑修复熔覆层(4-2)进行修磨，使所述凹坑修复熔覆层(4-2)的表面粗糙度不大于6.3μm。
2.按照权利要求1所述的一种基于激光熔覆焊接的采煤机行星架的修复方法，其特征在于：步骤102中，所述熔覆材料为Fe基合金粉末，其中，所述Fe基合金粉末中各成分的重量百分数分别为：C为0.25％～0.4％，Si为0.25％～0.55％，Mn为0.4％～0.9％，S为0.002％～0.008％，P为0.008％～0.015％，Cr为0.65％～1.10％，Mo为0.30％～0.45％，Ni为0.02％～0.08％，酸溶铝为0.001％～0.004％，Cu为0.05％～0.10％，余量为Fe，所述Fe基合金粉末的粒度为15μm～53μm。
3.按照权利要求2所述的一种基于激光熔覆焊接的采煤机行星架的修复方法，其特征在于：步骤202中，所述激光融覆焊接机(3)的激光功率为3000W～4000W,并采用氩气作为保护气,所述氩气的流量的取值范围为15L/min～25L/min；设定所述激光融覆焊接机(3)的焊接电流的范围为150A～200A,设定所述激光融覆焊接机(3)的频率的范围为20Hz～30Hz,设定所述激光融覆焊接机(3)的脉宽的范围为6ms～10ms,设定所述激光融覆焊接机(3)的离焦量的范围为220mm～250mm，设定所述激光融覆焊接机(3)的激光扫描速度为300mm/min，设定所述激光融覆焊接机(3)的光斑尺寸为10mm。
4.按照权利要求3所述的一种基于激光熔覆焊接的采煤机行星架的修复方法，其特征在于：在步骤203圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接的过程中，采用红外测温仪测量圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接区的温度，保证圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接区的平均温度为50℃～60℃。
5.按照权利要求3所述的一种基于激光熔覆焊接的采煤机行星架的修复方法，其特征在于：在步骤302中，与步骤202中圆柱段连接轴的外圆面的激光熔覆焊接的熔覆参数不同的是，需要重新设定所述激光融覆焊接机(3)激光扫描速度为280mm/min，重新设定所述激光融覆焊接机(3)的光斑尺寸为12mm。
6.按照权利要求1所述的一种基于激光熔覆焊接的采煤机行星架的修复方法，其特征在于：在步骤403之后，还需要进行探伤检验和硬度测试，采用表面着色探伤的检验方式对修复后的圆柱段连接轴(1-1)的外圆面进行探伤检验，保证修复后的圆柱段连接轴(1-1)的外圆面的表面无裂纹；采用里氏硬度计对修复后的圆柱段连接轴(1-1)的外圆面进行硬度测试，其中，修复后的圆柱段连接轴(1-1)的外圆面的硬度平均值的范围为HB240～HB280。
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