CN113681012A - 一种激光修复铸造气缸体孔洞缺陷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铸造气缸体技术领域，具体的说是一种激光修复铸造气缸体孔洞缺陷的方法，该方法包括以下步骤：S1：对气缸体孔洞的直径和孔深进行测量，确定孔洞的直径大小，选择合适的修复方式；S2：孔洞直径小于0.5mm时，直接令激光光斑与孔洞直径重合，并直接照射，照射时间2‑4秒；S3：孔洞直径在0.5‑1.5mm之间时，先用填充粉末混合水玻璃，填入孔洞中，一次填入厚度1‑1.5mm，令激光光斑圆心与孔洞圆心重合，直接照射，照射时间2‑4秒；S4：孔洞直径在1.5mm以上时，用缸体材料制作比孔洞直径小半锥型夹芯；在焊好小孔的同时，不会破坏小孔周围区域的材料组织，从而不会对发动机缸体造成更大的破坏，实现对铸造气缸体孔洞的修复。
Description
技术领域
本发明属于铸造气缸体技术领域，具体的说是一种激光修复铸造气缸体孔洞缺陷的方法。
背景技术
现代汽车工业生产中，铸造零部件因其可以制造复杂型腔的特点，多用于生产汽车发动机的缸体，而由于铸造工艺的缺陷以及部分的操作失误，使得铸造的发动机缸体产品因表面产生砂眼和缩松的孔洞而报废。
目前应对发动机缸体产品孔洞的处理办法只有报废回炉重新生产，但是铸造气缸体报废会造成极大的浪费，由于铸造气缸体上的气孔很小，采用传统的焊接方法，输出能量太高，在焊好小孔的同时，会破坏小孔周围区域的材料组织，从而对发动机缸体造成更大的破坏；为此，本发明提供一种激光修复铸造气缸体孔洞缺陷的方法。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，解决现有的焊接修复方法，输出能量太高，在焊好小孔的同时，会破坏小孔周围区域的材料组织，从而对发动机缸体造成更大的破坏的问题，本发明提出的一种激光修复铸造气缸体孔洞缺陷的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种激光修复铸造气缸体孔洞缺陷的方法，该方法包括以下步骤：
S1：对气缸体孔洞的直径和孔深进行测量，确定孔洞的直径大小，选择合适的修复方式；
S2：孔洞直径小于0.5mm时，直接令激光光斑与孔洞直径重合，并直接照射，照射时间2-4秒；
S3：孔洞直径在0.5-1.5mm之间时，先用填充粉末混合水玻璃，填入孔洞中，一次填入厚度1-1.5mm，令激光光斑圆心与孔洞圆心重合，直接照射，照射时间2-4秒，照射结束后，重复填入填充粉末并照射熔化，直至填满整个孔洞；
S4：孔洞直径在1.5mm以上时，用缸体材料制作比孔洞直径小半锥型夹芯；夹芯高度与孔洞直径相当，锥底的直径和孔洞底部相当，填入夹芯后(如无法填入，则对夹芯底部略做修理)，将激光光斑移动至夹芯底面任一点与孔洞壁的交界处圆心处于交界位置，对交界处进行照射，是夹芯与孔洞边界同时熔化，并迅速凝固连接在一起；然后沿的夹芯底部边缘顺时针旋转90°，重复上述工作，熔凝四个点，直至回到第一点；在夹芯与孔洞中间填入S3中的合金粉末混合物，照射熔化，直至将夹芯和孔洞间的间隙全部填充完整。
进一步，铸造气缸体的孔洞直径在0.5mm以下采用高能量束激光熔凝方法，照射熔化孔洞周围的母材组织并重新凝固，将孔洞修复；母材熔凝形成晶粒更细小、排列更紧密、硬度更高新的的组织；新组织没有裂纹与母材呈冶金结合，使小孔完全密封能够承受5MP以上的水压不泄露；工作时，直径在0.5mm以下的孔洞，这类小孔深度在1-5mm之间，当激光能量束直接照射小孔，小孔周围母材在高能量束照射下熔化，熔化的母材向小孔处流动聚集，随着照射时间的增加，小孔周围一定高度的母材熔化，填入小孔；实验表明，根据小孔深度不同，照射1-4秒，熔化的母材在小孔位置凝固，使小孔完全封闭，并可以承受5MPa以上的水压；激光熔敷采用离焦量±4.5mm，激光电流100—600mA，激光照射频率5—20Hz，激光脉宽5—20ms的激光光束。
进一步，铸造气缸体的孔洞直径在0.5-1.5mm时，采用熔凝填充材料(分层填充)的修复方法；所用材料为自制合金粉末，合金粉末是取气缸体的铁屑，用球磨机辊磨呈300目的铁粉，将铁粉与市贩的FE30自熔铁基合金粉末按照1:1的比例均匀混合。
进一步，铸造气缸体的孔洞直径在0.5-1.5mm时，填充材料为自制合金粉末与密度1.36～1.50g/cm3的硅酸钠水溶液，按照1:1比例，采用超声波震荡方式混合，均匀填充入铸造气缸孔洞，填充高度0.5-1mm，用激光照射填充层使粉末迅速熔化填补小孔，熔凝的填充材料与小孔内壁呈冶金结合，使小孔完全密封，填充熔凝次数2-4次；工作时，直径0.5-1.5mm的孔洞，这类小孔的深度在1-5mm之间，当激光能量束直接照射小孔时，由于小孔直径增加，激光光束的光斑与小孔重合时，在心部的能量没有照射在母材表面使母材熔化，而是照射入小孔深处，但激光能量在交点处最为集中，无论是正向偏离焦点或者是负向偏离焦点，都会使激光能量束的能量降低，从而无法使母材熔化；因此当气缸体小孔直径在0.5-1.5之间时，激光能量照沿着小孔的边缘照射，令小孔周围母材熔化，填入小孔；由于小孔直径过大，周围母材无法填满小孔，在激光能量照射结束后，采用自制的合金粉末与硅酸钠水溶液混合均匀；用注射器填入小孔中，填充物的直径小于1mm，填充后，调整激光光束的焦点，令照射能量集中于填充物表面，使其熔化，熔化后的金属溶液再凝固后将小孔填满；反复几次，直至填充后的表面与小孔周围母材表面相平，修复后的小孔可承受5MPa的水压测试；激光熔敷采用离焦量±4.5mm，激光电流100—600mA，激光照射频率5—20Hz，激光脉宽5—20ms的激光光束。
进一步，铸造气缸体的孔洞直径在大于1.5mm时，添加与缸体同材料的夹芯，夹芯呈圆锥形，夹芯高度3mm，夹芯底面直径与气缸体孔洞直径相同，夹芯顶面直径是气缸体孔洞直径1mm。
进一步，铸造气缸体的孔洞直径在大于1.5mm时，在预制好夹芯后，用能量密度12.5-16.3的激光束照射夹芯与孔洞内壁的交界处，使两者局部熔化并相互融合凝固在一起，照射区域为夹芯底面呈90°夹角分布的四点。
进一步，铸造气缸体的孔洞直径在大于1.5mm时，在固定了夹芯后，在夹芯与气缸体孔洞内壁中间缝隙，填入熔敷材料，用能量密度在13.8-17.5的激光束照射熔敷材料，让其熔化并填满缝隙；根据孔洞的大小，熔敷材料填充次数可以为2-5次；工作时，直径大于1.5mm的孔洞，这类小孔的深度在1-5mm之间，由于小孔的直径过大，上述两种方法都不能有效的修复小孔，因此考虑在孔洞中预置夹芯，用激光照射夹芯边缘与孔壁的结合处，使二者熔凝结合在一起；然后用均匀混合了熔敷粉末的硅酸钠水溶液填入夹芯与小孔的缝隙中，激光照射熔敷粉末，使其熔化填入缝隙，直至将夹芯与缝隙全部填满，完成直径大于1.5mm的铸造气缸体孔洞修复，修复后的小孔可承受5MPa的水压测试；激光熔敷采用离焦量±4.5mm，激光电流100—600mA，激光照射频率5—20Hz，激光脉宽5—20ms的激光光束；所述的熔敷粉末是由两部分混合而成，第一部分是取自气缸体自身材料的铁屑，将其在球磨机中不断辊磨为300目的粉末；第二部分为300目的Fe30自熔合金粉末；所述填入铸造气缸体孔洞的夹芯，为铸造气缸体本身的材质，根据铸造气缸体孔洞的直径大小采用机械加工的方法制造夹芯；夹芯呈圆锥形，其中圆锥底面与小孔直径相当，或者略小于小孔直径，圆锥顶面为小孔直径1；在铸造气缸体孔洞内部加入夹芯的修补方法，是在制备出夹芯后，将夹芯置入小孔中，夹芯底面与小孔底部内壁相接触或近似接触，置入夹芯后，移动激光光斑至夹芯底面与小孔内壁的结合处，照射结合处，使夹芯底面与小孔内壁同时熔化，照射结束后，熔化区迅速冷却，夹芯与小孔内壁照射区域呈冶金结合连接在一起；移动激光光斑沿着夹芯底部旋转至距离第一照射点90°，180°，270°的位置，分别照射，使夹芯与小孔内壁四点呈冶金结合相连接；在夹芯与小孔内壁的缝隙处，填入硅酸钠与自制熔敷粉末的混合溶液，填充高度小于1mm，用激光沿溶液轨迹照射，使粉末熔化，填充夹芯与小孔内壁间的缝隙；反复在夹芯与小孔的间隙处填入混合溶液，并用激光进行照射，直至粉末完全填满夹芯与小孔的间隙。
本发明的有益效果如下：
本发明所述的一种激光修复铸造气缸体孔洞缺陷的方法，通过激光熔凝和熔敷的再制造方法，在铸造气缸体表面的气孔位置，采用直接熔凝或者填粉熔敷或内置夹芯+填粉熔敷的修复方式进行再制造修复；根据小孔直径的大小变化采用不同的修复方法；在焊好小孔的同时，不会破坏小孔周围区域的材料组织，从而不会对发动机缸体造成更大的破坏，实现对铸造气缸体孔洞的修复。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明的方法流程示意图；
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1所示，本发明所述的一种激光修复铸造气缸体孔洞缺陷的方法，该方法包括以下步骤：
S1：对气缸体孔洞的直径和孔深进行测量，确定孔洞的直径大小，选择合适的修复方式；
S2：孔洞直径小于0.5mm时，直接令激光光斑与孔洞直径重合，并直接照射，照射时间2-4秒；
S3：孔洞直径在0.5-1.5mm之间时，先用填充粉末混合水玻璃，填入孔洞中，一次填入厚度1-1.5mm，令激光光斑圆心与孔洞圆心重合，直接照射，照射时间2-4秒，照射结束后，重复填入填充粉末并照射熔化，直至填满整个孔洞；
S4：孔洞直径在1.5mm以上时，用缸体材料制作比孔洞直径小半锥型夹芯；夹芯高度与孔洞直径相当，锥底的直径和孔洞底部相当，填入夹芯后(如无法填入，则对夹芯底部略做修理)，将激光光斑移动至夹芯底面任一点与孔洞壁的交界处圆心处于交界位置，对交界处进行照射，是夹芯与孔洞边界同时熔化，并迅速凝固连接在一起；然后沿的夹芯底部边缘顺时针旋转90°，重复上述工作，熔凝四个点，直至回到第一点；在夹芯与孔洞中间填入S3中的合金粉末混合物，照射熔化，直至将夹芯和孔洞间的间隙全部填充完整。
为了进一步实现本发明的内容，铸造气缸体的孔洞直径在0.5mm以下采用高能量束激光熔凝方法，照射熔化孔洞周围的母材组织并重新凝固，将孔洞修复；母材熔凝形成晶粒更细小、排列更紧密、硬度更高新的的组织；新组织没有裂纹与母材呈冶金结合，使小孔完全密封能够承受5MP以上的水压不泄露；工作时，直径在0.5mm以下的孔洞，这类小孔深度在1-5mm之间，当激光能量束直接照射小孔，小孔周围母材在高能量束照射下熔化，熔化的母材向小孔处流动聚集，随着照射时间的增加，小孔周围一定高度的母材熔化，填入小孔；实验表明，根据小孔深度不同，照射1-4秒，熔化的母材在小孔位置凝固，使小孔完全封闭，并可以承受5MPa以上的水压；激光熔敷采用离焦量±4.5mm，激光电流100—600mA，激光照射频率5—20Hz，激光脉宽5—20ms的激光光束。
为了进一步实现本发明的内容，铸造气缸体的孔洞直径在0.5-1.5mm时，采用熔凝填充材料(分层填充)的修复方法；所用材料为自制合金粉末，合金粉末是取气缸体的铁屑，用球磨机辊磨呈300目的铁粉，将铁粉与市贩的FE30自熔铁基合金粉末按照1:1的比例均匀混合。
为了进一步实现本发明的内容，铸造气缸体的孔洞直径在0.5-1.5mm时，填充材料为自制合金粉末与密度1.36～1.50g/cm3的硅酸钠水溶液，按照1:1比例，采用超声波震荡方式混合，均匀填充入铸造气缸孔洞，填充高度0.5-1mm，用激光照射填充层使粉末迅速熔化填补小孔，熔凝的填充材料与小孔内壁呈冶金结合，使小孔完全密封，填充熔凝次数2-4次；工作时，直径0.5-1.5mm的孔洞，这类小孔的深度在1-5mm之间，当激光能量束直接照射小孔时，由于小孔直径增加，激光光束的光斑与小孔重合时，在心部的能量没有照射在母材表面使母材熔化，而是照射入小孔深处，但激光能量在交点处最为集中，无论是正向偏离焦点或者是负向偏离焦点，都会使激光能量束的能量降低，从而无法使母材熔化；因此当气缸体小孔直径在0.5-1.5之间时，激光能量照沿着小孔的边缘照射，令小孔周围母材熔化，填入小孔；由于小孔直径过大，周围母材无法填满小孔，在激光能量照射结束后，采用自制的合金粉末与硅酸钠水溶液混合均匀；用注射器填入小孔中，填充物的直径小于1mm，填充后，调整激光光束的焦点，令照射能量集中于填充物表面，使其熔化，熔化后的金属溶液再凝固后将小孔填满；反复几次，直至填充后的表面与小孔周围母材表面相平，修复后的小孔可承受5MPa的水压测试；激光熔敷采用离焦量±4.5mm，激光电流100—600mA，激光照射频率5—20Hz，激光脉宽5—20ms的激光光束。
为了进一步实现本发明的内容，铸造气缸体的孔洞直径在大于1.5mm时，添加与缸体同材料的夹芯，夹芯呈圆锥形，夹芯高度3mm，夹芯底面直径与气缸体孔洞直径相同，夹芯顶面直径是气缸体孔洞直径1mm。
为了进一步实现本发明的内容，铸造气缸体的孔洞直径在大于1.5mm时，在预制好夹芯后，用能量密度12.5-16.3的激光束照射夹芯与孔洞内壁的交界处，使两者局部熔化并相互融合凝固在一起，照射区域为夹芯底面呈90°夹角分布的四点。
为了进一步实现本发明的内容，铸造气缸体的孔洞直径在大于1.5mm时，在固定了夹芯后，在夹芯与气缸体孔洞内壁中间缝隙，填入熔敷材料，用能量密度在13.8-17.5的激光束照射熔敷材料，让其熔化并填满缝隙；根据孔洞的大小，熔敷材料填充次数可以为2-5次；工作时，直径大于1.5mm的孔洞，这类小孔的深度在1-5mm之间，由于小孔的直径过大，上述两种方法都不能有效的修复小孔，因此考虑在孔洞中预置夹芯，用激光照射夹芯边缘与孔壁的结合处，使二者熔凝结合在一起；然后用均匀混合了熔敷粉末的硅酸钠水溶液填入夹芯与小孔的缝隙中，激光照射熔敷粉末，使其熔化填入缝隙，直至将夹芯与缝隙全部填满，完成直径大于1.5mm的铸造气缸体孔洞修复，修复后的小孔可承受5MPa的水压测试。
激光熔敷采用离焦量±4.5mm，激光电流100—600mA，激光照射频率5—20Hz，激光脉宽5—20ms的激光光束。
熔敷粉末是由两部分混合而成，第一部分是取自气缸体自身材料的铁屑，将其在球磨机中不断辊磨为300目的粉末；第二部分为300目的Fe30自熔合金粉末。
硅酸钠水溶液与熔敷粉末按照体积比1:1的比例混合,混合后用超声波震荡搅拌方式搅拌10分钟，混合均匀后，密封保存。
填入铸造气缸体孔洞的夹芯，为铸造气缸体本身的材质，根据铸造气缸体孔洞的直径大小采用机械加工的方法制造夹芯；夹芯呈圆锥形，其中圆锥底面与小孔直径相当，或者略小于小孔直径，圆锥顶面为小孔直径1mm。
在铸造气缸体孔洞内部加入夹芯的修补方法，是在制备出夹芯后，将夹芯置入小孔中，夹芯底面与小孔底部内壁相接触或近似接触，置入夹芯后，移动激光光斑至夹芯底面与小孔内壁的结合处，照射结合处，使夹芯底面与小孔内壁同时熔化，照射结束后，熔化区迅速冷却，夹芯与小孔内壁照射区域呈冶金结合连接在一起；移动激光光斑沿着夹芯底部旋转至距离第一照射点90°，180°，270°的位置，分别照射，使夹芯与小孔内壁四点呈冶金结合相连接；在夹芯与小孔内壁的缝隙处，填入硅酸钠与自制熔敷粉末的混合溶液，填充高度小于1mm，用激光沿溶液轨迹照射，使粉末熔化，填充夹芯与小孔内壁间的缝隙；反复在夹芯与小孔的间隙处填入混合溶液，并用激光进行照射，直至粉末完全填满夹芯与小孔的间隙。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种激光修复铸造气缸体孔洞缺陷的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1：对气缸体孔洞的直径和孔深进行测量，确定孔洞的直径大小，选择合适的修复方式；
S2：孔洞直径小于0.5mm时，直接令激光光斑与孔洞直径重合，并直接照射，照射时间2-4秒；
S3：孔洞直径在0.5-1.5mm之间时，先用填充粉末混合水玻璃，填入孔洞中，一次填入厚度1-1.5mm，令激光光斑圆心与孔洞圆心重合，直接照射，照射时间2-4秒，照射结束后，重复填入填充粉末并照射熔化，直至填满整个孔洞；
S4：孔洞直径在1.5mm以上时，用缸体材料制作比孔洞直径小半锥型夹芯；夹芯高度与孔洞直径相当，锥底的直径和孔洞底部相当，填入夹芯后(如无法填入，则对夹芯底部略做修理)，将激光光斑移动至夹芯底面任一点与孔洞壁的交界处圆心处于交界位置，对交界处进行照射，是夹芯与孔洞边界同时熔化，并迅速凝固连接在一起；然后沿的夹芯底部边缘顺时针旋转90°，重复上述工作，熔凝四个点，直至回到第一点；在夹芯与孔洞中间填入S3中的合金粉末混合物，照射熔化，直至将夹芯和孔洞间的间隙全部填充完整。
2.根据权利要求1所述的一种激光修复铸造气缸体孔洞缺陷的方法，其特征在于：铸造气缸体的孔洞直径在0.5mm以下采用高能量束激光熔凝方法，照射熔化孔洞周围的母材组织并重新凝固，将孔洞修复；母材熔凝形成晶粒更细小、排列更紧密、硬度更高新的的组织；新组织没有裂纹与母材呈冶金结合，使小孔完全密封能够承受5MP以上的水压不泄露。
3.根据权利要求1所述的一种激光修复铸造气缸体孔洞缺陷的方法，其特征在于：铸造气缸体的孔洞直径在0.5-1.5mm时，采用熔凝填充材料(分层填充)的修复方法；所用材料为自制合金粉末，合金粉末是取气缸体的铁屑，用球磨机辊磨呈300目的铁粉，将铁粉与市贩的FE30自熔铁基合金粉末按照1:1的比例均匀混合。
4.根据权利要求1所述的一种激光修复铸造气缸体孔洞缺陷的方法，其特征在于：铸造气缸体的孔洞直径在0.5-1.5mm时，填充材料为自制合金粉末与密度1.36～1.50g/cm3的硅酸钠水溶液，按照1:1比例，采用超声波震荡方式混合，均匀填充入铸造气缸孔洞，填充高度0.5-1mm，用激光照射填充层使粉末迅速熔化填补小孔，熔凝的填充材料与小孔内壁呈冶金结合，使小孔完全密封，填充熔凝次数2-4次。
5.根据权利要求1所述的一种激光修复铸造气缸体孔洞缺陷的方法，其特征在于：铸造气缸体的孔洞直径在大于1.5mm时，添加与缸体同材料的夹芯，夹芯呈圆锥形，夹芯高度3mm，夹芯底面直径与气缸体孔洞直径相同，夹芯顶面直径是气缸体孔洞直径1mm。
6.根据权利要求1所述的一种激光修复铸造气缸体孔洞缺陷的方法，其特征在于：铸造气缸体的孔洞直径在大于1.5mm时，在预制好夹芯后，用能量密度12.5-16.3的激光束照射夹芯与孔洞内壁的交界处，使两者局部熔化并相互融合凝固在一起，照射区域为夹芯底面呈90°夹角分布的四点。
7.根据权利要求1所述的一种激光修复铸造气缸体孔洞缺陷的方法，其特征在于：铸造气缸体的孔洞直径在大于1.5mm时，在固定了夹芯后，在夹芯与气缸体孔洞内壁中间缝隙，填入熔敷材料，用能量密度在13.8-17.5的激光束照射熔敷材料，让其熔化并填满缝隙；根据孔洞的大小，熔敷材料填充次数可以为2-5次。
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