CN112962097A - 一种激光熔覆修复金属表面腐蚀的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对钢材表面腐蚀修复的技术领域，具体涉及激光熔覆修复金属表面腐蚀的方法，包括对金属构件受腐蚀的区域进行表面处理；将处理后的区域，采用半导体激光器进行表面激光熔覆作业；进行激光熔覆层的后处理；本发明可有效地实现熔覆材料与钢材表面的结合，从而实现腐蚀表面的修复，使得钢结构的承载能力得到一定程度的恢复甚至提升；该种修复技术应用在钢结构腐蚀严重的区域，如钢桥桥墩、海洋平台、浪溅区等，能够达到表面修复与后续承载的目的，从而延长其使用寿命，降低后期维护成本，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及钢材表面腐蚀修复工艺，尤其涉及一种激光熔覆修复金属表面腐蚀的方法。
背景技术
在土木工程领域中，钢结构有着强度高、自重轻、抗震性能优越等优点，是现今建筑中常见的形式，常用于大跨度超高层建筑。
钢结构在使用阶段中，往往是要求结构有较长的使用寿命，影响其使用寿命的主要是钢材的耐腐蚀性这个因素，由于在实际工程中，特别是在钢桥桥墩、海洋平台、浪溅区，钢材的腐蚀非常严重，并且会引发许多问题，如钢结构承载能力下降、结构使用寿命减少，锈蚀后期维护成本高等问题。
为了提高钢结构的耐腐蚀性能，前人通过各种方法对钢结构表面进行处理，如表面镀层、涂料、不锈钢等，但难以避免的还是会有钢材腐蚀的现象发生。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种激光熔覆修复金属表面腐蚀的方法。本发明在不改变钢材原有的结构强度和韧性的条件下，对钢材受腐蚀区域进行修复，从而延长其使用寿命，降低后期维护成本。
本发明通过下述技术方案实现：
一种激光熔覆修复金属表面腐蚀的方法，包括如下步骤：
步骤一：对金属构件受腐蚀的区域进行表面处理；
步骤二：将步骤一处理后的区域，采用半导体激光器进行表面激光熔覆作业；
步骤三：进行激光熔覆层的后处理。
上述步骤一所述表面处理，包括表面清洗、除锈和去污处理。
上述步骤二所述半导体激光器的仪器参数为：激光功率为1500W，光斑直径为1～5mm，扫描速率为120～300mm/min，送粉速率为0～8g/min。
上述步骤二所述半导体激光器，采用一体化能量沉积熔覆头，集激光、送粉、水冷、气体保护为一体。
上述步骤二所述激光熔覆作业过程中，每层激光熔覆层的厚度为6-8mm。
上述步骤二激光熔覆作业过程中，采用与待修复金属构件，材质相同强度的粉末，并采用多层激光熔覆；
为保证修复后的力学性能，相邻激光熔覆层采用正交的形式，即一层横向扫描，另一层纵向扫描交替进行，保证待修复金属构件修复后的各向同性。
上述步骤三所述后处理，是指采用500℃～650℃退火的冷却方式，自然降温至常温，之后将激光熔覆层表面打磨至平整。
上述步骤一所述金属构件为钢结构构件。所述金属构件的钢材强度为Q235、Q345、Q460或者Q690。
所述金属构件为钢管柱。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
相比于传统的机械工件表面修复，本发明对钢材腐蚀区域的修复不仅能够保证表面的耐磨损要求，而且能够保证钢结构原有的受力性能要求。
本发明采用多层正交熔覆的激光熔覆工艺，保证了钢材本身各向同性的受力特性。
另外本发明的应用能够提高材料的利用率，延长钢结构的使用寿命，降低后期维护成本。
附图说明
图1为本发明实例钢管柱的立体图。
附图标记说明：金属构件1；激光熔覆层2。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1所示。
本发明公开了一种激光熔覆修复金属表面腐蚀的方法，可通过如下步骤实现：
S1.对金属构件(以下简称钢材)受腐蚀区域进行表面处理，首先使用金属清洁剂进行表面的去污，待干燥后使用机械打磨的方式将表面的氧化层去除，并继续打磨直至钢材表面露出金属光泽；
S2.将步骤S1处理后的区域采用半导体激光器进行表面激光熔覆，选用的半导体激光器采用一体化能量沉积熔覆头，集激光、送粉、水冷、气体保护为一体，采用与原有钢材相同强度的粉末，在保护气包围下进行表面激光熔覆，其激光功率为1500W，光斑直径为1～5mm，扫描速率为120～300mm/min，送粉速率为0～8g/min。
得到每层厚度为8mm的激光熔覆层，采用多层熔覆的激光熔覆工艺，为了保证修复后的力学性能，相邻熔覆层采用正交的形式，即一层横向扫描，一层纵向扫描交替进行，保证了钢材修复后的各向同性；
S3.进行激光熔覆层的后处理，采用500℃～650℃退火的冷却方式，自然降温至常温，之后将激光熔覆层表面打磨至平整。
本发明金属构件，所使用的钢材强度为Q235、Q345、Q460和Q690其中的一种。
相比于传统的机械工件表面修复，本发明对钢材腐蚀区域的修复不仅能够保证表面的耐磨损要求，而且能够保证钢结构原有的受力性能要求；本发明采用多层正交熔覆的激光熔覆工艺，保证了钢材本身各向同性的受力特性；另外本发明的应用能够提高材料的利用率，延长钢结构的使用寿命，降低后期维护成本。
下面进一步给出本发明的应用实例。
以Q345钢管柱为例，对钢管柱中部进行截面削减，再运用本发明的一种激光熔覆技术修复钢结构表面腐蚀的方法进行表面修复，具体包括以下步骤：
S1.对Q345钢管柱截面削减区域进行表面处理，首先使用金属清洁剂进行钢材截面削减区域表面的去污，待干燥后使用机械打磨的方式将钢材表面的氧化层去除，并继续打磨直至钢材截面削减区域表面露出金属光泽；
S2.将步骤S1处理后的Q345钢管柱截面削减区域采用半导体激光器进行表面激光熔覆，选用的半导体激光器采用一体化能量沉积熔覆头，集激光、送粉、水冷、气体保护为一体，采用与原有钢材相同强度的粉末，在保护气包围下进行表面激光熔覆，其激光功率为1500W，光斑直径为1～5mm，扫描速率为120～300mm/min，送粉速率为0～8g/min。
得到每层厚度为8mm的激光熔覆层，采用多层熔覆的激光熔覆工艺，为了保证修复后的力学性能，相邻激光熔覆层采用正交的形式，即一层横向扫描，一层纵向扫描交替进行，保证了钢材修复后的各向同性；
S3.进行激光熔覆层的后处理，采用500℃～650℃退火的冷却方式，自然降温至常温，之后将激光熔覆层表面打磨至平整。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种激光熔覆修复金属表面腐蚀的方法，其特征在于：
步骤一：对金属构件受腐蚀的区域进行表面处理；
步骤二：将步骤一处理后的区域，采用半导体激光器进行表面激光熔覆作业；
步骤三：完成激光熔覆作业后，对激光熔覆层后处理。
2.根据权利要求1所述激光熔覆修复金属表面腐蚀的方法，其特征在于：步骤一所述表面处理，包括表面清洗、除锈和去污处理。
3.根据权利要求2所述激光熔覆修复金属表面腐蚀的方法，其特征在于：步骤二所述半导体激光器的仪器参数为：激光功率为1500W，光斑直径为1～5mm，扫描速率为120～300mm/min，送粉速率为0～8g/min。
4.根据权利要求3所述激光熔覆修复金属表面腐蚀的方法，其特征在于：步骤二所述半导体激光器，采用一体化能量沉积熔覆头，集激光、送粉、水冷、气体保护为一体。
5.根据权利要求4所述激光熔覆修复金属表面腐蚀的方法，其特征在于：步骤二所述激光熔覆作业过程中，每层激光熔覆层的厚度为6-8mm。
6.根据权利要求5所述激光熔覆修复金属表面腐蚀的方法，其特征在于：
步骤二激光熔覆作业过程中，采用与待修复金属构件，材质相同强度的粉末，并采用多层激光熔覆；
为保证修复后的力学性能，相邻激光熔覆层采用正交的形式，即一层横向扫描，另一层纵向扫描交替进行，保证待修复金属构件修复后的各向同性。
7.根据权利要求6所述激光熔覆修复金属表面腐蚀的方法，其特征在于：步骤三所述后处理，是指采用500℃～650℃退火的冷却方式，自然降温至常温，之后将激光熔覆层表面打磨至平整。
8.根据权利要求7所述激光熔覆修复金属表面腐蚀的方法，其特征在于：步骤一所述金属构件为钢结构构件。
9.根据权利要求8所述激光熔覆修复金属表面腐蚀的方法，其特征在于：步骤一所述金属构件的钢材强度为Q235、Q345、Q460或者Q690。
10.根据权利要求9所述激光熔覆修复金属表面腐蚀的方法，其特征在于：步骤一所述金属构件为钢管柱。
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