CN110512206A - 零件内孔斜锥面修复的激光熔覆方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种零件内孔斜锥面修复的激光熔覆方法，包括如下步骤：预先设定熔覆喷头的光斑直径范围，将熔覆喷头伸入至零件内孔斜锥面内并调整角度，以使得熔覆喷头的光斑直径在设定的光斑直径范围内，记录此时熔覆角度；在熔覆角度下，于水平基板上进行单道熔覆试验以获得单道熔覆层参数，并根据单道熔覆层参数进行单道熔覆搭接试验以获得表面平整的熔覆层，记录熔覆搭接率；测量零件内孔斜锥面的长度并将其分成若干段，并在熔覆角度、熔覆层参数及熔覆搭接率下对每段内孔斜锥面进行激光熔覆。本发明方法结构简单，操作方便，粉束居中，汇聚性好，且光头尺寸小能够伸入到内孔斜锥面里面进行修复。

Description

零件内孔斜锥面修复的激光熔覆方法
技术领域
本发明涉及一种零件内孔斜锥面修复的激光熔覆方法，属于激光熔覆技术领域。
背景技术
市场上现有熔覆喷头大都是光外送粉喷头，激光居中粉嘴分布在激光的一侧或四周，如中国专利CN2510502Y，“激光熔覆同轴送粉喷嘴”体现，导致喷头尺寸较大，无法对小尺寸内孔斜锥面表面进行加工修复，只能在水平面或者一些变角度不大的零件外表面进行修复。中国专利CN103255412A，“一种用于轧辊工作面的激光熔覆高硬度材料的工艺方法”，应用激光熔覆技术在柱形轧辊表面涂覆高硬度合金层，熔覆过程中光头姿态不变，主要依靠轧辊回转进行表面修复，不适用于需要变角度的内腔修复。中国专利CN105349994A“用于零件内腔表面修复的激光熔覆工艺”基于光内送粉喷头提出了零件内腔表面的修复方法，但不适用于对内孔斜锥面零件内表面的修复。因此针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粉束居中，汇聚性好，且光头尺寸小能够伸入到内孔斜锥面里面进行修复的激光熔覆方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种零件内孔斜锥面修复的激光熔覆方法，所述方法包括如下步骤：
预先设定熔覆喷头的光斑直径范围，将所述熔覆喷头伸入至零件内孔斜锥面内并调整角度，以使得所述熔覆喷头的光斑直径在设定的光斑直径范围内，记录此时熔覆角度；
在所述熔覆角度的条件下，于外侧水平基板上进行单道熔覆试验以获得单道熔覆层参数，并根据所述单道熔覆层参数进行单道熔覆搭接试验以获得表面平整的熔覆层，记录熔覆搭接率；
测量零件内孔斜锥面的长度并将其分成若干段，并在所述熔覆角度、单道熔覆层参数及熔覆搭接率的条件下对每段内孔斜锥面进行激光熔覆；
在激光熔覆过程中，所述熔覆喷头与所述零件的运动速度一致。
进一步地，所述方法还包括：
在激光熔覆过程中，根据每段斜锥面的直径以改变所述零件转动的角速度进而使得所述熔覆喷头在每段斜锥面的线速度保持一致。
进一步地，所述斜锥面具有熔覆初始点及熔覆终点，所述斜锥面在熔覆初始点的直径为R1，所述斜锥面在熔覆终点的直径为R2，所述熔覆初始点处的斜锥面的角速度为ω1＝v/(R1/2)，所述熔覆终点处的斜锥面的角速度为ωn＝v/(R2/2)，则中间每段斜锥面的角速度为：
ωN＝ω1-(ω1-ωn)/n
其中，v表示为熔覆喷头的线速度，n表示斜锥面的段数。
进一步地，所述方法还包括：
在每段斜锥面的激光熔覆过程中，所述熔覆喷头保持静止，所述静止时间为tn＝2π/ωN。
进一步地，所述熔覆角度包括：
当所述熔覆喷头的光斑直径在设定的光斑直径范围内时，所述熔覆喷头与水平方向的第一夹角β、及所述斜锥面与水平方向的第二夹角α。
进一步地，所述“于外侧水平基板上进行单道熔覆试验”具体为：
所述熔覆喷头相较于水平方向偏转α+β角度后，于外侧水平基板上进行单道熔覆试验。
进一步地，所述单道熔覆层参数包括单道熔覆层的宽度w及高度h。
进一步地，所述方法还包括：
所述熔覆喷头在完成熔覆初始点的激光熔覆后，于竖直方向上，所述熔覆喷头移动距离为w*sinαmm；于水平方向上，所述熔覆喷头移动距离为w*cosαmm，以保持所述熔覆喷头的光斑直径固定。
进一步地，所述方法还包括：
在激光熔覆过程中，所述熔覆喷头与斜锥面之间的角度范围为大于0°且小于等于75°。
进一步地，在激光熔覆过程中，所述熔覆喷头的功率范围为800～1000w、送粉速率为8～15g/min、线速度选取6～10mm/s。
本发明的有益效果在于：通过预先获得熔覆角度并在外侧水平面上进行单道熔覆试验以获得熔覆层参数及熔覆搭接率，而后保持熔覆喷头与零件的运动速度一致在并在熔覆角度、单道熔覆层参数及熔覆搭接率下进行激光熔覆修复试验，并通过将斜锥面分段进行激光熔覆，能够达到修复狭小内孔斜锥面的效果，从而延长零件的使用寿命，减少成本；
本发明粉束居中、汇聚性好，克服了熔覆喷头非竖直送粉过程中粉束汇聚性差和空间干涉范围大的问题；
本发明方法步骤简单且操作方便。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明的零件内孔斜锥面修复的激光熔覆方法的流程图。
图2为熔覆喷头、斜锥面及水平方向三者的位置关系图。
图3为熔覆过程中熔覆喷头及斜锥面的关系图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
请参见图1至图3，本发明的一较佳实施例中的一种零件内孔斜锥面修复的激光熔覆方法，所述方法包括如下步骤：
预先设定熔覆喷头1的光斑直径范围，将所述熔覆喷头1伸入至零件内孔斜锥面2内并调整角度，以使得所述熔覆喷头1的光斑直径在设定的光斑直径范围内，记录此时熔覆角度。所述熔覆角度包括：当所述熔覆喷头1的光斑直径在设定的光斑直径范围内时，所述熔覆喷头1与水平方向的第一夹角β、及所述斜锥面2与水平方向的第二夹角α。在本实施例中，所述预设光斑直径大小范围为1～2mm。诚然，在其他实施例中，所述预设光斑直径大小范围也可为其他，根据实际情况而定，在此不做具体限定。
在所述熔覆角度的条件下，于外侧水平基板上进行单道熔覆试验以获得单道熔覆层参数，并根据所述单道熔覆层参数进行单道熔覆搭接试验以获得表面平整的熔覆层，记录熔覆搭接率。请详见图2，具体的，所述“于外侧水平基板上进行单道熔覆试验”具体为：所述熔覆喷头1相较于水平方向偏转α+β角度后，于外侧水平基板上进行单道熔覆试验。所述单道熔覆层参数包括单道熔覆层的宽度w及高度h，在此宽度w及高度h下进行单道熔覆搭接试验以获得表面平整的熔覆层，然后在零件内孔斜锥面2内进行激光熔覆。在本实施例中，单道熔覆搭接率为λ，其范围为30～50％，在此范围内所获得的熔覆层表面平整度较好。诚然，在其他实施例中，所述单道熔覆搭接率为λ的范围也可为其他，根据实际情况而定，在此不做具体限定。假设单层熔覆层的厚度h未达到激光熔覆修复需求，则可以在原有基础上重复激光熔覆动作多次，直到达到使用要求。
测量零件内孔斜锥面2的长度并将其分成若干段，并在所述熔覆角度、单道熔覆层参数及熔覆搭接率的条件下对每段内孔斜锥面2进行激光熔覆。请详见图3，所述斜锥面2的总长度为l，将其分为n段，根据nw-(n-1)λw＝L，可求出n。呈上述，w为单道熔覆层的宽度，λ为单道熔覆搭接率。
所述斜锥面2具有熔覆初始点及熔覆终点，所述斜锥面2在熔覆初始点的直径为R1，所述斜锥面2在熔覆终点的直径为R2，所述熔覆初始点处的斜锥面2的角速度为ω1＝v/(R1/2)，所述熔覆终点处的斜锥面2的角速度为ωn＝v/(R2/2)，则中间每段斜锥面2的角速度为ωN＝ω1-(ω1-ωn)/n，其中，v表示为熔覆喷头1的线速度，n表示斜锥面2的段数。在激光熔覆过程中，根据每段斜锥面2的直径以改变所述零件转动的角速度进而使得所述熔覆喷头1在每段斜锥面2的线速度保持一致，进而以获得表面平整度较好的熔覆层。在每段斜锥面2的激光熔覆过程中，所述熔覆喷头1保持静止，所述静止时间为tn＝2π/ωN，以使得熔覆层达到厚度要求。
在本实施例中，所述斜锥面2在熔覆初始点处的直径小于熔覆终点处的直径，即在熔覆过程中，所述斜锥面2的直径是不断增大的，因此所述熔覆喷头1在完成熔覆初始点的激光熔覆后，于竖直方向上，所述熔覆喷头1移动距离为w*sinαmm；于水平方向上，所述熔覆喷头1移动距离为w*cosαmm，以保持所述熔覆喷头1的光斑直径固定。呈上述，α为所述斜锥面2与水平方向的第二夹角。在本实施例中，所述熔覆喷头的移动方向为：于竖直方向上，下移；于水平方向上，后移。
因为该斜锥面2是使用分段熔覆分方法，在激光熔覆过程中，所述熔覆喷头1与所述零件的运动速度一致以保证最终的熔覆层有较好的平整度。在激光熔覆过程中，所述熔覆喷头1与斜锥面2之间的角度范围为大于0°且小于等于75°。因为如果熔覆喷头1与待加工面垂直倾角过小，粉末易被吹散，不能形成良好的熔覆层。在此角度范围内，可提高激光熔覆的效率及效果。
所述零件内孔斜锥面2的长度与直径比为γ＝l*cosα/r2，本发明的零件内孔斜锥面2修复的激光熔覆方发可修复长度与直径比的范围为0～1.1的具有狭小内孔斜锥面2的零件。
值得注意的是，在上述激光熔覆过程中，熔覆喷头1的功率范围为800～1000w，送粉速率范围为8～15g/min，线速度范围为6～10mm/s，在此范围值内，可获得表面平整度较好的熔覆层。
综上所述：通过预先获得熔覆角度并在外侧水平面上进行单道熔覆试验以获得熔覆层参数及熔覆搭接率，而后保持熔覆喷头1与零件的运动速度一致在并在熔覆角度、单道熔覆层参数及熔覆搭接率下进行激光熔覆修复试验，并通过将斜锥面2分段进行激光熔覆，能够达到修复狭小内孔斜锥面2的效果，从而延长零件的使用寿命，减少成本；
本发明粉束居中、汇聚性好，克服了熔覆喷头1非竖直送粉过程中粉束汇聚性差和空间干涉范围大的问题；
本发明方法步骤简单且操作方便。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种零件内孔斜锥面修复的激光熔覆方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
预先设定熔覆喷头的光斑直径范围，将所述熔覆喷头伸入至零件内孔斜锥面内并调整角度，以使得所述熔覆喷头的光斑直径在设定的光斑直径范围内，记录此时熔覆角度；
在所述熔覆角度的条件下，于外侧水平基板上进行单道熔覆试验以获得单道熔覆层参数，并根据所述单道熔覆层参数进行单道熔覆搭接试验以获得表面平整的熔覆层，记录熔覆搭接率；
测量零件内孔斜锥面的长度并将其分成若干段，并在所述熔覆角度、单道熔覆层参数及熔覆搭接率的条件下对每段内孔斜锥面进行激光熔覆；
在激光熔覆过程中，所述熔覆喷头与所述零件的运动速度一致。
2.如权利要求1所述的激光熔覆方法，其特征在于，所述方法还包括：
在激光熔覆过程中，根据每段斜锥面的直径以改变所述零件转动的角速度进而使得所述熔覆喷头在每段斜锥面的线速度保持一致。
3.如权利要求2所述的激光熔覆方法，其特征在于，所述斜锥面具有熔覆初始点及熔覆终点，所述斜锥面在熔覆初始点的直径为R1，所述斜锥面在熔覆终点的直径为R2，所述熔覆初始点处的斜锥面的角速度为ω1＝v/(R1/2)，所述熔覆终点处的斜锥面的角速度为ωn＝v/(R2/2)，则中间每段斜锥面的角速度为：
ωN＝ω1-(ω1-ωn)/n
其中，v表示为熔覆喷头的线速度，n表示斜锥面的段数。
4.如权利要求3所述的激光熔覆方法，其特征在于，所述方法还包括：
在每段斜锥面的激光熔覆过程中，所述熔覆喷头保持静止，所述静止时间为tn＝2π/ωN。
5.如权利要求3所述的激光熔覆方法，其特征在于，所述熔覆角度包括：
当所述熔覆喷头的光斑直径在设定的光斑直径范围内时，所述熔覆喷头与水平方向的第一夹角β、及所述斜锥面与水平方向的第二夹角α。
6.如权利要求5所述的激光熔覆方法，其特征在于，所述“于外侧水平基板上进行单道熔覆试验”具体为：
所述熔覆喷头相较于水平方向偏转α+β角度后，于外侧水平基板上进行单道熔覆试验。
7.如权利要求5所述的激光熔覆方法，其特征在于，所述单道熔覆层参数包括单道熔覆层的宽度w及高度h。
8.如权利要求7所述的激光熔覆方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述熔覆喷头在完成熔覆初始点的激光熔覆后，于竖直方向上，所述熔覆喷头移动距离为w*sinαmm；于水平方向上，所述熔覆喷头移动距离为w*cosαmm，以保持所述熔覆喷头的光斑直径固定。
9.如权利要求1所述的激光熔覆方法，其特征在于，所述方法还包括：
在激光熔覆过程中，所述熔覆喷头与斜锥面之间的角度范围为大于0°且小于等于75°。
10.如权利要求1所述的激光熔覆方法，其特征在于，在激光熔覆过程中，所述熔覆喷头的功率范围为800～1000w、送粉速率为8～15g/min、线速度选取6～10mm/s。
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