激光熔覆技術(shù)修復(fù)進(jìn)口大馬力拖拉機(jī)關(guān)鍵零件工藝的研究

馬余雷

摘 要：簡單介紹激光熔覆技術(shù)及其特點(diǎn)和在修復(fù)零件方面的應(yīng)用，結(jié)合激光熔覆技術(shù)修復(fù)進(jìn)口大馬力拖拉機(jī)曲軸典型實(shí)例，重點(diǎn)介紹激光熔覆技術(shù)修復(fù)曲軸時的材料選取、工藝制定、工藝實(shí)施，提出了發(fā)展激光熔覆技術(shù)修復(fù)機(jī)械零件的可行性及其深遠(yuǎn)意義 。

關(guān)鍵詞：激光熔覆；大馬力拖拉機(jī)；曲軸

中圖分類號：TG174 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.08.003

0 引言

隨著農(nóng)機(jī)化的快速發(fā)展，大馬力拖拉機(jī)在農(nóng)村的保有量逐年增加，而拖拉機(jī)的維修也出現(xiàn)了不少問題，現(xiàn)在的修理廠只是簡單的拆裝與換件，像發(fā)動機(jī)曲軸磨損后無力解決，只能更換曲軸，而更換進(jìn)口曲軸的費(fèi)用大，且比較費(fèi)時，往往需要很長時間。激光熔覆是目前廣泛使用的用于軸類修復(fù)的高新技術(shù)。激光熔覆技術(shù)是指以不同的填料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經(jīng)激光輻照使之和基體表面一層同時熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低、與基體成冶金結(jié)合的表面熔覆層，從而增加基體缺損位尺寸也可顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性等的工藝方法。激光熔覆技術(shù)具有較低稀釋率、熱影響區(qū)小、與基面形成冶金結(jié)合、熔覆件扭曲變形比較小、過程易于實(shí)現(xiàn)自動化等優(yōu)點(diǎn)。而激光熔覆修復(fù)的技術(shù)關(guān)鍵是修復(fù)材料的選取和修復(fù)工藝的制定?，F(xiàn)結(jié)合具體實(shí)例從熔覆材料選取、工藝的制定及實(shí)施，介紹激光熔覆技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械維修中的應(yīng)用。

1 熔覆粉末的選取

在進(jìn)行試驗(yàn)的過程中，采用了不同的粉末進(jìn)行試驗(yàn)對比，對比后根據(jù)熔覆層成形質(zhì)量、磨削后軸頸的表面質(zhì)量和表面硬度，進(jìn)行最后的選取。然后，根據(jù)選取的熔覆粉末牌號再進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)其重復(fù)性，如果重復(fù)性比較好，那么就最終確定該粉末為要選取的熔覆粉末。

在試驗(yàn)的過程中，我們一共選用了以下三種粉末進(jìn)行試驗(yàn)，即Fe基粉末Fe103、Fe104和Ni基粉末Ni60。將Fe104粉末、Ni60粉末、Fe103粉末用同一種工藝規(guī)范和工藝參數(shù)對曲軸的主軸頸進(jìn)行修復(fù)試驗(yàn)，對比一下三種不同材質(zhì)的熔覆粉末修復(fù)效果，試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，在Fe基粉末、Ni基粉末的對比試驗(yàn)中，F(xiàn)e104修復(fù)主軸頸后，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)最佳。 所以，根據(jù)對比試驗(yàn)后確定修復(fù)曲軸軸頸的激光熔覆選取Fe104熔覆粉末。根據(jù)不同的粉末利用同一種技術(shù)參數(shù)進(jìn)行正交試驗(yàn)，從而確定最佳工藝中的技術(shù)參數(shù)，具體數(shù)據(jù)記錄在綜合性能試驗(yàn)報告中。

2 最佳工藝參數(shù)和工藝規(guī)范的確定

根據(jù)選取的材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)報告如下：

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模杭す馊鄹布夹g(shù)修復(fù)進(jìn)口大馬力拖拉機(jī)曲軸工藝研究。

2.1 實(shí)驗(yàn)對象

曲軸：材質(zhì)為45#鋼；

Fe基合金粉末：牌號為粉XY-26F-103、XY-26F-104，規(guī)格為80/270目；Ni基合金粉末Ni60A，規(guī)格為80/270目。

2.2 主要的儀器設(shè)備

（1）激光器

類型：CO2激光器；

型號：GS-TFL-6000；

技術(shù)參數(shù)：

激光波長：10.6 μm；

額定激光功率：6000 W；

激光功率范圍：200～6500 W；

激光功率不穩(wěn)定性在-3%～3%之間。

（2）激光熔覆成套設(shè)備

型號：HANSGS-TEL-H6000，包括： JGX-1激光功率顯示、檢測儀、數(shù)控加工機(jī)床、導(dǎo)光系統(tǒng)、多功能控制臺、HC900型風(fēng)冷冷水機(jī)組、自動重力送粉器。

（3）其他設(shè)備

如顯微維化硬度計、金相顯微鏡等。

2.3 試驗(yàn)方法和步驟

（1）檢查電路、水路、氣路等是否正常。

（2）制備試件，用曲軸磨床將曲軸主軸徑表面磨損部分和疲勞層磨掉，將曲軸磨至實(shí)驗(yàn)設(shè)計的尺寸。

（3）選擇和預(yù)置合金粉末，將選好的粉未放入送粉器內(nèi)，調(diào)好送粉參數(shù)，設(shè)定熔覆層厚度約為0.7 mm，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)。

（4）確定熔覆工藝參數(shù)，根據(jù)所熔覆粉末成分，選擇激光功率分別為3800 W、4200 W、4800 W，掃描速度（定功率為3800 W）分別為8 mm/s、10 mm/s、12 mm/s，熔覆的軸徑為5道，掃描軌跡為直線，根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案，編制數(shù)控熔覆程序。

（5）調(diào)整轉(zhuǎn)胎，卡好試件，戴好防護(hù)眼鏡，做好防護(hù)工作。

（6）按照實(shí)驗(yàn)方案（如表1）進(jìn)行激光熔覆，制備熔覆層；按照設(shè)備操作步驟和防護(hù)要求，開啟激光熔覆設(shè)備，調(diào)整激光頭垂直位置，正離焦量約為45 mm，在生銹鋼板上打光斑，確定光斑尺寸為4 mm；輸入并調(diào)試數(shù)控加工程序，將激光頭水平移至曲軸上方選定位置，按照確定的工藝參數(shù)，調(diào)好激光功率，運(yùn)行數(shù)控程序，自動進(jìn)行激光熔覆。

（7）及時收集數(shù)據(jù)，做好有關(guān)記錄。①對熔覆試件軸徑統(tǒng)一編號，并做上標(biāo)記；②對照試件，準(zhǔn)確記錄試件每個軸徑的熔覆條件，包括試件的材質(zhì)、形狀尺寸，熔覆合金粉末的型號、成分、熔覆厚度、激光功率、掃描速度、光斑尺寸等；③仔細(xì)觀察熔覆層的形貌，測量熔覆層厚度、寬度。

（8）分別用曲軸磨床將熔覆層磨削至標(biāo)準(zhǔn)尺寸，制備金相試樣。

（9）觀察熔覆層和熱影響區(qū)微觀組織，測量熔覆層顯微硬度沿熔覆層厚度方向，由表及里間隔02 mm 測量硬度值。

（10）對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論分析，撰寫實(shí)驗(yàn)報告。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

熔覆層的形狀和尺寸見表2，熔覆層的顯微硬度值如表3所示。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

熔覆速度一定時，隨功率增加，熔覆層寬度增加，連續(xù)性及光滑程度更好；功率一定時，熔覆速度增加，熔覆層寬度明顯減小，不連續(xù)?？傮w上，激光熔覆熱輸入較小，熔覆效果及成形狀況很好。熔覆層約有0.7 mm，表面上沒有宏觀裂紋出現(xiàn)。

3.3 工藝參數(shù)和工藝規(guī)范的確定

根據(jù)綜合性能試驗(yàn)的結(jié)果，確定了最佳的工藝參數(shù)和工藝規(guī)范為：功率4200 W、掃描速度10 mm/s，光斑直徑4 mm。

4 結(jié)論

通過實(shí)踐證明，應(yīng)用激光熔覆技術(shù)來修復(fù)進(jìn)口大馬力拖拉機(jī)的發(fā)動機(jī)曲軸是可行的。激光熔覆工藝修復(fù)后曲軸質(zhì)量達(dá)到或超過新品。修復(fù)后不但能延長產(chǎn)品的使用壽命，提高產(chǎn)品技術(shù)性能和附加值，最終以最低的成本、最少的能源資源消耗完成產(chǎn)品的全壽命周期。修復(fù)后零部件的性能和質(zhì)量均能達(dá)到甚至超過原品，而成本卻只有新品的1/3甚至1/4，節(jié)能達(dá)到60%以上，節(jié)材70%以上。同時，由于費(fèi)用的降低使用戶愿意及時對車輛進(jìn)行維修，保證車輛始終保持良好的技術(shù)狀態(tài)，降低燃油消耗，減少尾氣對環(huán)境的污染，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的，因此在農(nóng)機(jī)維修中推廣應(yīng)用激光熔覆技術(shù)具有十分重要的意義。