CN112981395A - 基于激光熔覆工艺的推力瓦修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明目的是为了提供一种基于激光熔覆工艺的推力瓦修复方法，有效控制推力瓦修复过程中的变形量，彻底解决巴氏合金层的缩孔、脱壳的问题，恢复其设计尺寸，提高推力瓦的使用性能和使用寿命，具有极好的经济性。包括：推力瓦原巴氏合金层去除、钢坯表面激光熔覆制备巴氏合金层、超声波探伤、铣削加工、着色探伤、磨削加工。本发明将服役失效的推力瓦重新再制造，通过新的增材制造方法，恢复并提高其使用性能。该发明与浇注、氧乙炔焊工艺相比，大大简化了巴氏合金层制作工序，省去了钢坯预热、挂锡工艺，有效改善了巴氏合金层质量，与钢坯结合情况，钢坯变形量，以及劳动环境。
Description
技术领域
本发明涉及轴承领域，具体的是一种基于激光熔覆工艺的推力瓦修复方法。
背景技术
巴氏合金由美国人巴比特发明而得名，自问世以来，巴氏合金作为一种性能优异的材料就被人们广泛认知，因其有良好的耐磨性、导热性以及特殊的组织结构有利于减少摩擦，从而广泛应用为一种轴瓦材料。
水轮机推力瓦，区别与传统轴瓦，是一种平面推力轴承，承受整个机组转动部分的重量和轴向水推力，长期使用会出现划痕、磨损、缩孔等缺陷暴露的情况，影响机组的正常运行，必须及时更换。目前失效更换的推力瓦并没有有效的修复手段，传统的巴氏合金浇筑工艺工序过程复杂，该方法具有以下缺陷：
1、浇筑工艺包含钢坯预热、挂锡、巴氏合金熔炼、模具制作准备、巴氏合金浇入、冷却、缺陷修补等，工序过程复杂。
2、浇筑工艺中挂锡工序是影响巴氏合金与钢坯结合的关键，不易控制，控制不当极易出现巴氏合金层脱壳的情况，且挂锡是通过锡与钢坯表面发生化学反应，此种情况下的结合方式为化学键结合，结合层薄，结合力并不可靠。
3、浇筑巴氏合金需经过较长时间的凝固冷却过程，容易出现缩松缩孔缺陷。
4、巴氏合金浇筑过程，热输入量很大，钢坯热变形量大，钢坯和巴氏合金层平整度差，机加量大。
传统工艺采用的是热浸方法挂锡，锡液温度控制在260-300℃，锡的熔点为232℃，锡液温度若太低，易使瓦体表面锡液结晶凝固，减缓锡液的流动性，造成晶粒粗大，挂锡层较厚；若太高，则易使挂锡表面氧化，降低结合力。且挂锡时，需对推力瓦进行预热，温度需控制在270-300℃。若温度过低，不能形成良好的挂锡层；若温度过高，推力瓦钢底容易氧化，挂锡不易粘合，导致巴氏合金不能与瓦底有效结合，产生脱壳缺陷，质量难以得到保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于激光熔覆工艺的推力瓦修复方法，能够有效控制推力瓦修复过程中的变形量，彻底解决巴氏合金层的缩孔、脱壳的问题，恢复其设计尺寸，提高推力瓦的使用性能和使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于激光熔覆工艺的推力瓦修复方法，包括以下步骤：
1）对待修复的推力瓦进行预处理，除去推力瓦上原巴氏合金层；
2）利用有机溶剂清洗预处理后的钢坯，去除钢坯表面的油污染物；
3）将SnSb8-8巴氏合金粉末在60℃的烘箱内放置2.5h进行烘干；
4）以烘干后的巴氏合金粉末作为原料，采用激光熔覆的方式在钢坯上增材制造新巴氏合金层；
5）半精铣新巴氏合金层表面；
6）利用超声波探伤技术对新巴氏合金层进行超声波探伤检测，若新巴氏合金层存在与钢坯的脱壳情况，则打磨新巴氏合金层并循环步骤4）-5），直至超声波探伤检测未检测到缺陷为止；
7）在铣床上利用百分表对钢坯表面所有位置进行测量，测得钢坯表面的变形量，确定新巴氏合金层激光增材制造过程中产生的变形量；
8）半精铣钢坯表面；
9）精铣新巴氏合金层表面以及油槽、油孔，精铣去除新巴氏合金层表面的多余材料，直至剩余最后磨削的机加余量；
10）利用着色探伤手段，对推力瓦上的新巴氏合金层进行探伤检测，若新巴氏合金层表面存在孔洞缺陷，则打磨新巴氏合金层并循环步骤4）-10），直至着色探伤未检测到缺陷为止；
11）精磨推力瓦上的新巴氏合金层表面，提高其表面尺寸精度和光洁度；
12）推力瓦尺寸检测。
优选的方案中，所述的步骤1）中，采用铣削的方式除去推力瓦上的原浇筑巴氏合金层。
优选的方案中，所述的铣削过程中，控制原巴氏合金层残留厚度小于0.1mm或控制钢坯去除厚度小于0.05mm。
优选的方案中，所述的步骤4）中，新巴氏合金层预留约1mm的机加余量。
优选的方案中，所述的步骤4）中，激光熔覆具体包括以下步骤：
1）通过激光发射器产生激光作为热源，对钢坯表面进行照射形成熔池；
2）通过气体送粉设备将含粉气流送入熔池，进行快速熔化；
3）移开激光发射器，使熔化的粉体部分凝固形成凝固层。
优选的方案中，所述的凝固层与钢坯之间形成结合层。
优选的方案中，所述的钢坯表面在激光照射作用下形成热影响区，含粉气流输出方向朝向热影响区。
优选的方案中，所述的步骤5）中，半精铣的铣削量控制在巴氏合金层表面铣平，保证推力瓦巴氏合金层仍有足够机加余量。
优选的方案中，所述的步骤12）中，推力瓦尺寸检测包括对推力瓦厚度，油槽、油孔尺寸的检测。
本发明所提供的一种基于激光熔覆工艺的推力瓦修复方法，通过采用上述方法，具有以下有益效果：
（1）开创了一种巴氏合金瓦的加工工艺，将以往的挂锡浇筑巴氏合金层方式更改为激光增材巴氏合金层方式，解决了传统工艺质量不稳定，易偏析、脱壳、沙眼、气孔等缺陷；
（2）激光熔覆制备巴氏合金层热输入量小，推力瓦热变形量小，钢坯面的机加量小，机加后能保证钢坯与巴氏合金层的有效厚度范围；
（3）激光熔覆制备巴氏合金熔覆层成型精度好，平整度高，后续机加量小，节约材料；
（4）修复后的巴氏合金熔覆层组织致密、均匀，与钢坯冶金结合，结合可靠，使用性能好，承载力远高于传统工艺加工的瓦。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的激光熔覆过程示意图。
图2为本发明中激光熔覆置后的钢坯结构示意图。
图3为本发明中修复后的推力瓦结构示意图。
图中：钢坯1，热影响区2，结合层3，凝固层4，熔池5，含粉气流6，激光7。
具体实施方式
实施例1：
如图1中，推力瓦的修复方法具体包括以下步骤：
1）对待修复的推力瓦进行预处理，除去推力瓦上原巴氏合金层；
2）利用有机溶剂清洗预处理后的钢坯1，去除钢坯1表面的油污染物；
3）将SnSb8-8巴氏合金粉末在60℃的烘箱内放置2.5h进行烘干；
4）以烘干后的巴氏合金粉末作为原料，采用激光熔覆的方式在钢坯1上增材制造新巴氏合金层；
5）半精铣新巴氏合金层表面，半精铣的铣削量控制在巴氏合金层表面铣平，保证推力瓦巴氏合金层仍有足够机加余量
6）利用超声波探伤技术对新巴氏合金层进行超声波探伤检测，若新巴氏合金层存在与钢坯1的脱壳情况，则打磨新巴氏合金层并循环步骤4）-5），直至超声波探伤检测未检测到缺陷为止；
7）在铣床上利用百分表对钢坯1表面所有位置进行测量，测得钢坯1表面的变形量，确定新巴氏合金层激光增材制造过程中产生的变形量；
8）半精铣钢坯1表面；
9）精铣新巴氏合金层表面以及油槽、油孔，精铣去除新巴氏合金层表面的多余材料，直至剩余最后磨削的机加余量；
10）利用着色探伤手段，对推力瓦上的新巴氏合金层进行探伤检测，若新巴氏合金层表面存在孔洞缺陷，则打磨新巴氏合金层并循环步骤4）-10），直至着色探伤未检测到缺陷为止；
11）精磨推力瓦上的新巴氏合金层表面，提高其表面尺寸精度和光洁度；
12）推力瓦尺寸检测，包括对推力瓦厚度，油槽、油孔尺寸的检测。
优选的方案中，所述的步骤1）中，采用铣削的方式除去推力瓦上的原浇筑巴氏合金层；
在铣削过程中，控制原巴氏合金层残留厚度小于0.1mm或控制钢坯1去除厚度小于0.05mm。
所述的步骤4）中，新巴氏合金层预留约1mm的机加余量。
实施例2：
在实施例1的基础上，采用以下步骤进行步骤4）中所述激光熔覆作业：
1）通过激光发射器产生激光7作为热源，对钢坯1表面进行照射形成熔池5；
2）通过气体送粉设备将含粉气流6送入熔池5，进行快速熔化；
3）移开激光发射器，使熔化的粉体部分凝固形成凝固层4。
优选的方案中，所述的凝固层4与钢坯1之间形成结合层3。
优选的方案中，所述的钢坯1表面在激光7照射作用下形成热影响区2，含粉气流6输出方向朝向热影响区2。
本例中，激光熔覆作业参数具体如下：
矩形激光光斑2*8mm，激光功率为1400W，送粉量为25g/min，送粉气压力为0.45MPa，送粉气流量8L/min；保护气压力0.6MPa，保护气流量12L/min，扫描速度为6mm/s，搭接率为45%，此工艺参数下单层巴氏合金层厚度约为1.1mm。
实施例3：
在实施例2的基础上，通过控制机械手臂运动，带动激光发生器、送粉机构在钢坯1面上进行平移，完成巴氏合金的激光熔覆增材制造。
本例中，激光熔覆沿圆弧边，双向来回完成，一共熔覆3层，保证激光熔覆增材制造的巴氏合金层厚度约为3.3mm，推力瓦整体厚度约为55.8mm（如图3）。
实施例4：
在实施例1的基础上，步骤8）中的推力瓦半精铣的铣削量为0.2—0.4mm，控制推力瓦厚度约为55.3mm。
步骤9）中，巴氏合金层表面精铣过程中，控制推力瓦整体厚度接近55.15mm。厚度余量预留0.1—0.15mm，铣出油槽、油孔。
步骤11）中，巴氏合金层表面精磨后，粗糙度保证在Ra0.8以下。精磨采用树脂磨轮，使用较大冷却水流量，避免粘刀的情况。
本申请采用上述工艺方法，彻底解决传统工艺方法中出现的缩孔、脱壳、变形量大的问题，提高了推力瓦的使用寿命和经济性。
Claims (9)
1.一种基于激光熔覆工艺的推力瓦修复方法，其特征在于包括以下步骤：
1）对待修复的推力瓦进行预处理，除去推力瓦上原巴氏合金层；
2）利用有机溶剂清洗预处理后的钢坯（1），去除钢坯（1）表面的油污染物；
3）将SnSb8-8巴氏合金粉末在60℃的烘箱内放置2.5h进行烘干；
4）以烘干后的巴氏合金粉末作为原料，采用激光熔覆的方式在钢坯（1）上增材制造新巴氏合金层；
5）半精铣新巴氏合金层表面；
6）利用超声波探伤技术对新巴氏合金层进行超声波探伤检测，若新巴氏合金层存在与钢坯（1）的脱壳情况，则打磨新巴氏合金层并循环步骤4）-5），直至超声波探伤检测未检测到缺陷为止；
7）在铣床上利用百分表对钢坯（1）表面所有位置进行测量，测得钢坯（1）表面的变形量，确定新巴氏合金层激光增材制造过程中产生的变形量；
8）半精铣钢坯（1）表面；
9）精铣新巴氏合金层表面以及油槽、油孔，精铣去除新巴氏合金层表面的多余材料，直至剩余最后磨削的机加余量；
10）利用着色探伤手段，对推力瓦上的新巴氏合金层进行探伤检测，若新巴氏合金层表面存在孔洞缺陷，则打磨新巴氏合金层并循环步骤4）-10），直至着色探伤未检测到缺陷为止；
11）精磨推力瓦上的新巴氏合金层表面，提高其表面尺寸精度和光洁度；
12）推力瓦尺寸检测。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光熔覆工艺的推力瓦修复方法，其特征在于：所述的步骤1）中，采用铣削的方式除去推力瓦上的原浇筑巴氏合金层。
3.根据权利要求2所述的一种基于激光熔覆工艺的推力瓦修复方法，其特征在于：所述的铣削过程中，控制原巴氏合金层残留厚度小于0.1mm或控制钢坯（1）去除厚度小于0.05mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光熔覆工艺的推力瓦修复方法，其特征在于：所述的步骤4）中，新巴氏合金层预留约1mm的机加余量。
5.根据权利要求1所述的一种基于激光熔覆工艺的推力瓦修复方法，其特征在于：所述的步骤4）中，激光熔覆具体包括以下步骤：
1）通过激光发射器产生激光（7）作为热源，对钢坯（1）表面进行照射形成熔池（5）；
2）通过气体送粉设备将含粉气流（6）送入熔池（5），进行快速熔化；
3）移开激光发射器，使熔化的粉体部分凝固形成凝固层（4）。
6.根据权利要求5所述的一种基于激光熔覆工艺的推力瓦修复方法，其特征在于：所述的凝固层（4）与钢坯（1）之间形成结合层（3）。
7.根据权利要求5所述的一种基于激光熔覆工艺的推力瓦修复方法，其特征在于：所述的钢坯（1）表面在激光（7）照射作用下形成热影响区（2），含粉气流（6）输出方向朝向热影响区（2）。
8.根据权利要求1所述的一种基于激光熔覆工艺的推力瓦修复方法，其特征在于：所述的步骤5）中，半精铣的铣削量控制在巴氏合金层表面铣平，保证推力瓦巴氏合金层仍有足够机加余量。
9.根据权利要求1所述的一种基于激光熔覆工艺的推力瓦修复方法，其特征在于：所述的步骤12）中，推力瓦尺寸检测包括对推力瓦厚度，油槽、油孔尺寸的检测。
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2021
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