CN113737176A - 一种风电滑动轴承的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风电滑动轴承的制造方法，包括如下步骤：制成轴承基体，将制成的轴承基体水平放置、并绕轴承基体的中心轴转动；在轴承基体表面同时喷射锡青铜粉末和激光束，将锡青铜粉末和激光束在喷射至轴承基体表面前相交，以在轴承基体的熔覆区形成熔覆层；沿轴承基体的轴向移动熔覆区，并重复步骤2），直至在整个轴承基体表面形成熔覆层。本发明具有保证轴承性能、节约成本，且操作方便等优点。

Description

一种风电滑动轴承的制造方法

技术领域

本发明涉及滑动轴承制备领域，尤其涉及一种风电滑动轴承的制造方法。

背景技术

目前，滑动轴承通常采用铜合金整体铸造或离心铸造。其中，铜合金整体铸造即轴承全部采用铜合金材料，其使得铜合金用量大、加工余量多、制造成本高。而采用离心铸造是将液体铜合金注入高速旋转的铸型内，使金属液做离心运动在基体上铸造一层铜合金的技术，该方式铜合金的接合力差，铸造工艺晶粒粗大，无法满足滑动轴承耐磨、耐腐蚀的性能要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种保证轴承性能、节约成本，且操作方便的风电滑动轴承的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种风电滑动轴承的制造方法，包括如下步骤：

1）制成轴承基体，将制成的轴承基体水平放置、并绕轴承基体的中心轴转动；

2）在轴承基体表面同时喷射锡青铜粉末和激光束，将锡青铜粉末和激光束在喷射至轴承基体表面前相交，以在轴承基体的熔覆区形成熔覆层；

3）沿轴承基体的轴向移动熔覆区，并重复步骤2），直至在整个轴承基体表面形成熔覆层。

作为上述技术方案的进一步改进：

步骤2）中，在锡青铜粉末与激光束相交前，先将锡青铜粉末通过一漏斗形汇集槽汇聚并加速喷出。

采用载粉气流推动锡青铜粉末喷射至轴承基体表面；同时，在激光束位置通入保护气，载粉气流和保护气在熔覆区形成气体保护区。步骤2）中，将锡青铜粉末同轴设在激光束的外周，将锡青铜粉末的粉末汇聚点送至激光束交点的偏上位置。

在步骤2）中，采用喷嘴喷射激光束和锡青铜粉末；在步骤3）中，移动喷嘴移动熔覆区，喷嘴移动的距离小于熔覆层的宽度，以在相邻熔覆层之间形成搭接区。

在喷嘴的中心区域加入芯部冷却水，在喷嘴的外周靠近喷嘴头端的位置加入喷嘴头冷却水。

在激光束和锡青铜粉末喷射前，将喷嘴相对竖直方向倾斜15～25°。

在步骤1）前，对轴承基体表面的熔覆部位进行粗糙度处理，将轴承基体表面的粗糙度加工至Ra0.8～ Ra 6.3。

在轴承基体表面粗糙度加工完成后，对轴承基体表面进行去杂质清洗。

在步骤2）中，锡青铜粉末的颗粒直径设置为15～125 um；激光束的光斑密度设置为80～120 W/cm²。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明采用将锡青铜熔覆于轴承基体的方法制造风电滑动轴承，其在满足滑动轴承轻量化需求的同时，采用高锡青铜熔覆大大提高了滑动轴承的耐磨、耐温和抗蚀性能，保证了滑动轴承在使用中的可靠性和使用寿命。且节约了锡青铜的材料用量，极大的减少了锡青铜制造过程中的加工余量和加工时间，降低了制造成本。

本发明首先将轴承基体水平放置转动，在轴承基体表面同时喷射锡青铜粉末和激光束，将锡青铜粉末和激光束在喷射至轴承基体表面前相交，使锡青铜粉末可完全融化，以在轴承基体的熔覆区形成熔覆层，达到优良的熔覆效果；之后，沿轴承基体的轴向移动熔覆区、并重复喷射，直至在整个轴承基体表面形成熔覆层。本发明的风电滑动轴承制造方法操作方便、熔覆效率高，且轴承基体转动、沿轴承基体轴向移动熔覆区的方式，使得在保证锡青铜粉末均匀、快速地接合于整个轴承基体表面的同时，可实现长时间、大批量熔覆。

进一步地，本发明在锡青铜粉末与激光束相交前，先将锡青铜粉末通过一漏斗形汇集槽汇聚并加速喷出，其使得锡青铜粉具有足够的力度沿预设方向喷射至汇聚交点，使得激光束光斑可在该汇聚交点位置进行充分有效熔覆，避免了锡青铜粉末因气流减弱、力度小直接重力掉落至熔覆层引起的气泡等问题的发生，其熔覆效果好、熔覆工艺稳定；同时，漏斗形汇集槽保证了送粉的均匀性，足够的喷射力度避免了锡青铜粉末阻塞现象的发生。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是本发明风电滑动轴承的制造方法的流程图。

图2是本发明风电滑动轴承在制造时的结构示意图。

图中各标号表示：

1、轴承基体；2、锡青铜粉末；3、激光束；4、熔覆区；5、熔覆层；6、喷嘴；7、保护气；8、粉末汇聚点；9、激光束交点；10、载粉气流；11、气体保护区域。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例的风电滑动轴承的制造方法，包括如下步骤：

1）制成轴承基体1，将轴承基体1水平放置，且轴承基体1绕轴承基体1的中心轴转动；

2）在轴承基体1表面同时喷射锡青铜粉末2和激光束3，将锡青铜粉末2和激光束3在喷射至轴承基体1表面前相交，以在轴承基体1的熔覆区4形成熔覆层5；

3）沿轴承基体1的轴向移动熔覆区4，并重复步骤2），直至在整个轴承基体1表面形成熔覆层5。

本发明采用将锡青铜熔覆于轴承基体1表面的方法制造风电滑动轴承，在满足滑动轴承轻量化需求的同时，采用锡青铜熔覆大大提高了滑动轴承的耐磨、耐温和抗蚀性能，保证了滑动轴承在使用中的可靠性和使用寿命。

现有整体铸造的壁厚通常为20~60mm，单边加工余量约为10mm；现有离心铸造的厚度通常为10~20 mm，加工余量约为10mm。而本发明采用锡青铜激光熔覆，熔覆层5的厚度为0.4~1.5mm，加工余量可控制在0.2~0.3mm。其节约了锡青铜的材料用量，极大的减少了锡青铜制造过程中的加工余量和加工时间，降低了制造成本。

本发明首先将轴承基体1水平放置转动，在轴承基体1表面同时喷射锡青铜粉末2和激光束3，将锡青铜粉末2和激光束3在喷射至轴承基体1表面前相交，使锡青铜粉末2可完全融化，以在轴承基体1的熔覆区4形成熔覆层5，达到优良的熔覆效果；之后，沿轴承基体1的轴向移动熔覆区4、并重复喷射，直至在整个轴承基体1表面形成熔覆层5。本发明的风电滑动轴承制造方法操作方便、熔覆效率高，且轴承基体1转动、熔覆区4沿轴承基体1轴向移动的方式，使得在保证锡青铜粉末2均匀、快速地接合于整个轴承基体1表面的同时，可实现长时间、大批量熔覆。

在锡青铜熔覆中，由于铜和锡熔点差异大（锡熔点低、铜熔点高），导致锡青铜熔覆时熔化、凝固温度不同、结晶过程不可靠，锡青铜熔覆困难，锡青铜熔覆过程中存在气孔率高、熔覆不稳定、长时间熔覆易堵粉等问题，现有的锡青铜熔覆主要应用于局部修复上，难以实现大面积、长期、连续应用。本发明通过滑动轴承制造方法的调整改进、工艺参数的选择调整，大大降低了锡青铜在滑动轴承中熔覆的难度，使得锡青铜在熔覆过程中气孔率降低、熔覆稳定性好、长时间熔覆时不易堵粉，实现了锡青铜熔覆在滑动轴承的稳定可靠应用。具体讲：

在步骤2）中，本发明在锡青铜粉末2与激光束3相交前，先将锡青铜粉末2通过一漏斗形汇集槽汇聚并加速喷出。其使得锡青铜粉具有足够的推送力度沿预设方向喷射至汇聚交点，使得激光束3光斑可在该汇聚交点位置进行充分有效熔覆，避免了锡青铜粉末2因气流减弱、力度小直接重力掉落至熔覆层5引起的气泡等问题的发生，其熔覆效果好、熔覆工艺稳定。同时，漏斗形汇集槽使得锡青铜粉末2集中性好、保证了送粉的均匀性，且足够的推送力度避免了锡青铜粉末2阻塞现象的发生，保证了锡青铜熔覆的顺利进行。

在步骤2）中，将锡青铜粉末2同轴设在激光束3的外周，并将锡青铜粉末2的喷射方向朝向激光束3；将锡青铜粉末2的粉末汇聚点8送至激光束交点9的偏上位置，其加大了锡青铜粉末2的加热面，使得锡青铜粉末2可充分融化，保证熔覆效果。

在步骤2）中，采用喷嘴6喷射激光束3和锡青铜粉末2；在步骤3）中，采用喷嘴6移动熔覆区4，喷嘴6移动的距离小于熔覆层5的宽度，以在相邻熔覆层5之间形成搭接区，搭接区使得熔覆层5之间可多次叠加融合，降低了气孔产生的概率，同时，保证了熔覆层5厚度的均匀性。本实施例中，搭接区的宽度大小需根据熔覆层5预设厚度进行设置，即熔覆层5预设厚度越薄，搭接区的宽度越窄；熔覆层5预设厚度越厚，搭接区的宽度越宽。

本实施例中，激光束3的光斑直径为3mm，即轴承基体1熔覆一圈的熔覆层5宽度为3mm；喷嘴6移动的距离为0.5mm，此时，相邻熔覆层5之间形成搭接区的宽度为2.5mm。其搭接率高，熔覆层5融合次数多，其更好的降低了气孔率、提高了熔覆层5熔覆的均匀性。

本实施例中，在喷嘴6的中心区域加入芯部冷却水，在喷嘴6的外周靠近喷嘴6头端的位置加入喷嘴头冷却水。芯部冷却水和喷嘴头冷却水可对喷嘴6不同区域进行单独冷却，以针对性的降低喷嘴芯部和喷嘴头部外壁位置的温度，其冷却效率高、冷却效果好，有效防止了喷嘴6温度过高导致的粉末粘连、掉渣现象的发生，降低熔覆层5的气泡率和堵塞风险，保证了熔覆效果和喷嘴6的可靠运行。

进一步地，采用载粉气流10推动锡青铜粉末2喷射至轴承基体1表面；同时，在激光束3位置通入保护气7，载粉气流10和保护气7在熔覆区4形成气体保护区域11。载粉气流10和保护气7的通入可带走部分熔覆过程中反射的热量，降低喷嘴6的温度与堵塞风险，进一步降低了熔覆层5的气泡率；同时，气体保护区域11的设置隔绝了空气，防止了锡青铜粉末2在熔覆过程、高温熔化液体时产生氧化，保证熔覆效果。

进一步地，在激光束3和锡青铜粉末2喷射前，将喷嘴6相对竖直方向倾斜15～25°。喷嘴6倾斜设置使得熔覆层5的气孔可控、气孔数量少、气孔单体面积小，且熔覆层5的质量稳定。

本实施例中，在步骤1）前，对轴承基体1表面的熔覆部位进行粗糙度处理，将轴承基体1表面的粗糙度加工至Ra0.8～ Ra 6.3。若轴承基体1表面的粗糙度过低，轴承基体1表面反射率高、粘接力差。若轴承基体1表面的粗糙度过高，轴承基体1表面高低不平、熔覆接合时容易不均匀；且粗糙度过高时稀释率高，轴承基体1的铁元素易扩散至熔覆层5，对整体熔覆层5的整体性能产生影响。而本发明对轴承基体1表面采用上述粗糙度进行处理，既保证了轴承基体1与锡青铜粉末2的可靠均匀粘接，又能保证熔覆层5性能的可靠实现。

进一步地，在轴承基体1表面粗糙度加工完成后，对轴承基体1表面进行去杂质清洗。其使得熔覆时轴承基体1表面无锈蚀、油污、氧化皮、铁屑等杂质，保证了锡青铜熔覆的可靠性，提高了熔覆效果。

本实施例中，在步骤2）中，锡青铜粉末2的颗粒直径设置为15～125 um。若锡青铜粉末2的颗粒直径过小，粉末流动性差，不利于激光熔覆；若青铜粉末的颗粒直径过大，则容易导致粉末融化不充分、导致粉末掉落产生气泡。本发明通过锡青铜粉末2颗粒直径的设置使得熔覆层5分布均匀，保证了熔覆效果。

同时，激光束3的光斑密度设置为80～120 W/cm²。若激光束3的光斑密度过低，锡青铜粉末2不能完全融化，熔覆效果差。若激光束3的光斑密度过高，又容易造成过烧，导致合金元素损失，影响熔覆层5性能；且轴承基体1的热输入量大，会增加变形量。本发明通过激光束3光斑密度的设置使得光束在熔覆熔池中起到“搅拌”作用，将气孔在结晶前排出，获得无气孔熔覆层，保证熔覆效果。

本实施例中，熔覆层5的厚度为0.4~1.5mm。若熔覆层5的厚度过薄时，熔覆层5无弹性，其耐磨、耐温、抗疲劳和承载能力等性能差；若熔覆层5的厚度过厚，又增加加工成本。本发明熔覆层5厚度的设置保证了熔覆层5疲劳强度、摩擦性能、嵌入性、承载能力等方面的性能，且成本低。

在步骤3）后，若熔覆层5未达到预设厚度，重复步骤2）和步骤3），直至达到预设熔覆层5厚度。熔覆层5的厚度可通过测量熔覆后的滑动轴承直径减去熔覆前轴承基体1的直径得到，以判断熔覆层5是否达到预设厚度。在熔覆层5达到预设厚度后，将风电滑动轴承自然冷却即可。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种风电滑动轴承的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

制成轴承基体，将轴承基体水平放置、并绕轴承基体的中心轴转动；

在轴承基体表面同时喷射锡青铜粉末和激光束，将锡青铜粉末和激光束在喷射至轴承基体表面前相交，以在轴承基体的熔覆区形成熔覆层；

沿轴承基体的轴向移动熔覆区，并重复步骤2），直至在整个轴承基体表面形成熔覆层。

2.根据权利要求1所述的风电滑动轴承的制造方法，其特征在于，在步骤2）中，在锡青铜粉末与激光束相交前，先将锡青铜粉末通过一漏斗形汇集槽汇聚并加速喷出。

3.根据权利要求1所述的风电滑动轴承的制造方法，其特征在于，在步骤2）中，将锡青铜粉末同轴设在激光束的外周，将锡青铜粉末的粉末汇聚点送至激光束交点的偏上位置。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的风电滑动轴承的制造方法，其特征在于，在步骤2）中，采用喷嘴喷射激光束和锡青铜粉末；在步骤3）中，采用喷嘴移动熔覆区，喷嘴移动的距离小于熔覆层的宽度，以在相邻熔覆层之间形成搭接区。

5.根据权利要求4所述的风电滑动轴承的制造方法，其特征在于，在喷嘴的中心区域加入芯部冷却水，在喷嘴的外周靠近喷嘴头端的位置加入喷嘴头冷却水。

6.根据权利要求5所述的风电滑动轴承的制造方法，其特征在于，采用载粉气流推动锡青铜粉末喷射至轴承基体表面；同时，在激光束位置通入保护气，载粉气流和保护气在熔覆区形成气体保护区。

7.根据权利要求4所述的风电滑动轴承的制造方法，其特征在于，在激光束和锡青铜粉末喷射前，将喷嘴相对竖直方向倾斜15~25°。

8.根据权利要求1至3中任意一项所述的风电滑动轴承的制造方法，其特征在于，在步骤1）前，对轴承基体表面进行粗糙度处理，将轴承基体表面的粗糙度加工至Ra0.8~ Ra6.3。

9.根据权利要求8所述的风电滑动轴承的制造方法，其特征在于，在轴承基体表面粗糙度加工完成后，对轴承基体表面进行去杂质清洗。

10.根据权利要求1至3中任意一项所述的风电滑动轴承的制造方法，其特征在于，在步骤2）中，锡青铜粉末的颗粒直径设置为15~125um；激光束的光斑密度设置为80~120W/cm²。

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