CN113981440A - 一种高压塞泵柱塞杆表面改性技术修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压塞泵柱塞杆表面改性技术修复方法，涉及激光镀层修复技术领域。该高压塞泵柱塞杆表面改性技术修复方法采用激光表面熔覆技术进行柱塞杆的修复，其完成的熔覆涂层冶金质量高、稀释率低、变形小、表面光洁度高，属于先进环保的再制造加工技术，在工业再制造领域能极大地减少企业的后续机加工成本，能有效延长产品使用周期，为企业节省大量后期维修费用。对于我们备件修复专业不光可以修复活塞杆，还包括液压缸缸体及液压杆等易损件的修复，增加了修复再制造技术业务水平，提高表面质量，延长设备使用寿命。

Description

一种高压塞泵柱塞杆表面改性技术修复方法
技术领域
本发明涉及激光镀层修复技术领域，具体为一种高压塞泵柱塞杆表面改性技术修复方法。
背景技术
马钢股份H型钢厂某液压站采用2台意大利INOXIHP卧式高压三柱塞泵作为液压传动系统的动力元件,它是将原动机输入的机械能转换成液体压力能的能量转换装置。由于设备在线生产时间长(出厂日期为2004年)，日常点检仅对其进行常规清洗油过滤器，呼吸器滤网，同时检查进排阀的密封及柱塞填料的磨损情况。但是从2019年6月份开始其中1#卧式高压三柱塞泵出现在柱塞及油封处漏油漏液的现象，严重时出现输出流量波动。随即区域工程师对该设备进行停机检修发现泄漏和柱塞填料磨损严重，将该柱塞泵送至修理加工部进行故障诊断及修复。
在公司泵业修复作业区内将柱塞泵解体，发现主要故障为：柱塞与缸体之间磨损严重，造成泄漏过大，造成油封处压力增大，而将油封损伤故出现漏油故障。
本申请人与南京一家激光增材制造技术公司沟通将3根柱塞杆以送至厂家进行现场超高速熔覆工艺处理柱塞表面。激光成型设备iLAM508C对其进行激光熔覆作业。
激光表面熔覆技术是在激光束作用下将合金粉末或陶瓷粉末与基体表面迅速加热并熔化，光束移开后自激冷却形成稀释率极低，与基体材料呈冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体表面耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的一种表面强化方法。激光熔覆技术是一种经济效益很高的新技术，它可以在廉价金属基材上制备出高性能的合金表面而不影响基体的性质，降低成本，节约贵重稀有金属材料。
激光熔覆过程中的覆层材料完全融化，而基体熔化层极薄，因而对熔覆层的成分影响极小，而激光合金化则是在基材的表面熔融复层内加入合金元素，目的是形成以基材为基的新的合金层。激光熔覆实质上不是把基体表面层熔融金属作为溶剂，而是将另行配置的合金粉末融化，使其成为熔覆层的主题合金，同时基体合金也有一薄层融化，与之形成冶金结合。激光熔覆技术制备新材料是极端条件下失效零部件的修复与再制造、金属零部件直接制造的重要基础，收到世界各国科学界和企业的高度重视。
激光熔覆具有的特点：
(1)冷却速度快(高达106K/s)，属于快速凝固过程，容易得到细晶组织或产生平衡态所无法得到的新相，如非稳相、非晶态等；
(2)涂层稀释率低(一般小于5％)，与基体呈牢固的冶金结合或界面扩散结合，通过对激光工艺参数的调整，可以获得低稀释率的良好涂层，并且涂层成分和稀释度可控；
(3)热输入和畸变较小，尤其是采用高功率密度快速熔覆时，变形可降低到零件的装配公差内；
(4)粉末选择几乎没有任何限制，特别是在低熔点金属表面熔敷高熔点合金；
(5)熔覆层的厚度范围大，单道送粉一次涂覆厚度在0.2-2.0mm；
(6)能进行选区熔敷，材料消耗少，具有卓越的性价比；
(7)工艺过程易于实现自动化，很适合常见易损件的磨损修复。
于是，本申请人秉持多年该相关行业丰富的设计开发及实际制作的经验，提供一种高压塞泵柱塞杆表面改性技术修复方法，以期达到更具有实用价值性的目的。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高压塞泵柱塞杆表面改性技术修复方法，解决了高压塞泵柱塞杆表面磨损后的修复问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种高压塞泵柱塞杆表面改性技术修复方法，包括立柱、激光成型设备和熔覆材料，所述熔覆材料为Co基合金，所述熔覆材料的表面硬度大于60HRC、成形精度为10μm、表面质量为3.2Ra、涂层厚度为80um，包括如下步骤：
S1：工件检测及预加工；
S11：检测立柱表面原有电镀层破损情况，确定熔覆区域；
S12：检测立柱长度方向上的变形情况，去除立柱表面熔覆区域原有的电镀层，采用车床进行去除电镀层，并根据具体变形量进行车削；
S2：熔覆前的预处理；
S21：车削后的立柱通过专用工装装夹到旋转设备上，并对柱塞表面熔覆区域进行除锈、除油、粉末烘干待用；
S22：熔覆前采用脱脂棉配合酒精对激光器镜头进行擦拭；
S3：激光熔覆；
S31：通过三轴运动设备及旋转设备共同设置熔覆的扫描速度、搭接量的编程；
S32：通过三轴运动设备及工件位置共同设置熔覆的离焦量、光斑位置；
S33：采用预制送粉方式，调节送粉器送粉量以达到预定熔覆厚度；
S34：调节激光器控制柜，设定激光熔覆功率；
S4：熔覆后处理；
S41：采用外圆磨床进行最后的磨削终处理以达到表面粗糙度的要求以及恢复原始尺寸。
优选的，所述S12中的切削圆跳度<0.05mm。
优选的，所述S11中检测立柱长度方向上的变形情况采用目视检测。
优选的，所述S11中检测立柱长度方向上的变形情况采用百分表检测。
优选的，所述S33中调节送粉器送粉量以达到预定熔覆厚度的方式为目视及送粉器度数相配合。
优选的，所述Co基合金为Co-Cr-Mo-Si系合金。
优选的，所述Co基合金的基体物相成份范围中包括Co3Mo2SI。
优选的，所述激光成型设备的型号为iLAM508C。
(三)有益效果
本发明提供了一种高压塞泵柱塞杆表面改性技术修复方法。具备以下有益效果：
(1)、该高压塞泵柱塞杆表面改性技术修复方法采用激光表面熔覆技术进行柱塞杆的修复，其完成的熔覆涂层冶金质量高、稀释率低、变形小、表面光洁度高，属于先进环保的再制造加工技术，在工业再制造领域能极大地减少企业的后续机加工成本，能有效延长产品使用周期，为企业节省大量后期维修费用。对于我们备件修复专业不光可以修复活塞杆，还包括液压缸缸体及液压杆等易损件的修复，增加了修复再制造技术业务水平，提高表面质量，延长设备使用寿命。
(2)、在马钢股份H型钢厂某液压站采用2台意大利INOXIHP卧式高压三柱塞泵修复过程中使用了此方法，快捷高效、减少大量进口备件采购费用、缩短修复周期。修复2台泵直接经济效益为：14.38万元。在后期各类进口轴流泵、往复泵、离心泵、液压缸等关键零部件修复上均满足修复质量、增加经济效益。
附图说明
图1为卧式高压三柱塞泵示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要修复的柱塞杆来源：PF150L30T35D A卧式高压三柱塞泵
其基本参数为：
流量 72L/min
工作压力 60bar
电气参数 24VDC-110/22V
材质 阀芯不锈钢，阀体碳钢
特点 在重负荷连续性工作中可靠性高，压损小
1、工件检测及预加工
首先检测立柱表面原有电镀层破损情况，确定熔覆区域，其次检测立柱长度方向上的变形情况(采用目视及百分表检测)，去除立柱表面熔覆区域原有的电镀层，采用车床进行去除电镀层，并视具体变形量进行车削，圆跳度<0.05mm。
2、熔覆前准备
车削后的立柱通过专用工装装夹到旋转设备上，并对柱塞表面熔覆区域进行除锈、除油；粉末烘干待用；熔覆前采用脱脂棉配合酒精对激光器镜头进行擦拭。
3、激光熔覆过程
通过三轴运动设备及旋转设备共同设置熔覆的扫描速度、搭接量及其它参数的编程；通过三轴运动设备及工件位置共同设置熔覆的离焦量、光斑位置；采用预制送粉方式，调节送粉器送粉量以达到预定熔覆厚度(目视及送粉器度数相配合)；调节激光器控制柜，设定激光熔覆功率；
4、熔覆后处理
熔覆后的立柱，由于熔覆表面粗糙度过大，需要精加工。采用外圆磨床进行最后的磨削终处理，一方面达到表面粗糙度要求，另一方面恢复原始尺寸。
5、表面质量要求
按照柱塞杆的实际工况和输出压力与流量值，以及工作时柱塞杆伸缩速度，达到以下几点要求：
熔覆材料：采用Co基合金(Co-Cr-Mo-Si系)进行激光熔覆。基体中物相成份范围中Co3Mo2SI硬质金属间相的存在可保证耐磨性能，而Cr则提供了耐腐蚀性。
表面硬度：>60HRC 成型精度：10μm
表面质量：3.2Ra 涂层厚度：80um
综上所述，超高速激光熔覆技术完成的熔覆涂层冶金质量高、稀释率低、变形小、表面光洁度高，属于先进环保的再制造加工技术，在工业再制造领域能极大地减少企业的后续机加工成本，能有效延长产品使用周期，为企业节省大量后期维修费用。对于我们备件修复专业不光可以修复活塞杆，还包括液压缸缸体及液压杆等易损件的修复，增加了修复再制造技术业务水平，提高表面质量，延长设备使用寿命。
这项表面工程技术在再制造中的应用，可将旧件再制造率提高到90％，使零件的尺寸精度和质量性能标准不低于原型新品水平，而且在耐磨、耐蚀、抗疲劳等性能方面达到原型新品水平，并最终确保再制造装备零部件的性能质量达到甚至超过原型新品。
保证了再制造产品性能质量和可靠性；提升企业需求与学科建设的融合，同时提升企业核心竞争力增加了经济效益。该方法还可应用在其他零部件修复领域。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种高压塞泵柱塞杆表面改性技术修复方法，包括立柱、激光成型设备和熔覆材料，其特征在于：所述熔覆材料为Co基合金，所述熔覆材料的表面硬度大于60HRC、成形精度为10μm、表面质量为3.2Ra、涂层厚度为80um，包括如下步骤：
S1：工件检测及预加工；
S11：检测立柱表面原有电镀层破损情况，确定熔覆区域；
S12：检测立柱长度方向上的变形情况，去除立柱表面熔覆区域原有的电镀层，采用车床进行去除电镀层，并根据具体变形量进行车削；
S2：熔覆前的预处理；
S21：车削后的立柱通过专用工装装夹到旋转设备上，并对柱塞表面熔覆区域进行除锈、除油、粉末烘干待用；
S22：熔覆前采用脱脂棉配合酒精对激光器镜头进行擦拭；
S3：激光熔覆；
S31：通过三轴运动设备及旋转设备共同设置熔覆的扫描速度、搭接量的编程；
S32：通过三轴运动设备及工件位置共同设置熔覆的离焦量、光斑位置；
S33：采用预制送粉方式，调节送粉器送粉量以达到预定熔覆厚度；
S34：调节激光器控制柜，设定激光熔覆功率；
S4：熔覆后处理；
S41：采用外圆磨床进行最后的磨削终处理以达到表面粗糙度的要求以及恢复原始尺寸。
2.根据权利要求1所述的一种高压塞泵柱塞杆表面改性技术修复方法，其特征在于：所述S12中的切削圆跳度<0.05mm。
3.根据权利要求1所述的一种高压塞泵柱塞杆表面改性技术修复方法，其特征在于：所述S11中检测立柱长度方向上的变形情况采用目视检测。
4.根据权利要求1所述的一种高压塞泵柱塞杆表面改性技术修复方法，其特征在于：所述S11中检测立柱长度方向上的变形情况采用百分表检测。
5.根据权利要求1所述的一种高压塞泵柱塞杆表面改性技术修复方法，其特征在于：所述S33中调节送粉器送粉量以达到预定熔覆厚度的方式为目视及送粉器度数相配合。
6.根据权利要求1所述的一种高压塞泵柱塞杆表面改性技术修复方法，其特征在于：所述Co基合金为Co-Cr-Mo-Si系合金。
7.根据权利要求1所述的一种高压塞泵柱塞杆表面改性技术修复方法，其特征在于：所述Co基合金的基体物相成份范围中包括Co3Mo2SI。
8.根据权利要求1所述的一种高压塞泵柱塞杆表面改性技术修复方法，其特征在于：所述激光成型设备的型号为iLAM508C。
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