CN104233285A

CN104233285A - 再加工密封表面的方法

Info

Publication number: CN104233285A
Application number: CN201410306547.4A
Authority: CN
Inventors: K·路易克; T·S·格雷厄姆; J·M·斯塔克
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2013-06-10
Filing date: 2014-06-09
Publication date: 2014-12-24
Also published as: US20140359989A1

Abstract

一种再加工密封表面的方法包括在磨损密封表面的位置处将凹槽形成到部件表面中。然后，通过激光熔覆将一串新的密封材料沉积在凹槽中。然后，机加工该串新的密封材料以形成大体与部件表面齐平的新的密封表面。

Description

再加工密封表面的方法

技术领域

本发明整体涉及一种再加工磨损密封表面的方法。更特别地，本发明涉及一种包括使用激光熔覆过程来再加工磨损密封表面的方法。

背景技术

金属部件的密封表面，例如，比如壳体、水泵轴、机油冷却器外壳以及其他受载的密封连接，常常在密封位置处会经受磨损。在这些位置处的密封可以是静态的，例如，比如O型圈或垫圈，或者可以是动态的，例如，比如唇形密封或密封轴承。密封表面磨损可以包括腐蚀、侵蚀和气蚀或者其任何组合。在任何情形下，密封表面的磨损都会危害密封的完整性，并且因此会危害部件的可靠性，密封表面是该部件的一部分。在重建部件之前或在重建部件时，密封连接的故障会需要修理或更换部件。

传统的修理磨损密封连接的方法包括在包括磨损密封表面的金属部件的表面上应用热喷涂。使用热喷涂修理密封表面的这种方法存在许多缺点。比如，热喷涂依赖被喷涂的材料到部件表面的机械结合，而机械结合并不适用于所有的位置和表面。而且，热喷涂需要延长材料的制备，这会使得该过程既耗费时间又成本昂贵。另一个修理方法是使用金属铜焊或锡焊来修理磨损密封表面，但是这些材料和使用它们的过程会引起部件变形。

公布于2012年2月16日的美国专利公开号No.2012/0036715公开了一种修理汽缸盖的方法，该汽缸盖绕着冷却入口具有腐蚀和侵蚀的密封表面。所腐蚀的材料被机加工出选定的深度和宽度，形成具有底壁表面和环绕冷却剂入口的环状侧壁表面的口袋。提供环状插件，该插件具有的厚度大于被机加工的口袋的深度。应用粘接剂，以将插件保持在口袋中，并且插件的顶壁被机加工出与汽缸盖的密封表面齐平的尺寸，以用于接收更换垫圈。然而，使用粘接剂使得过程变得复杂并且致使修理方法不太理想。聚合物粘接剂在高温下会退化并且在随后的检修期间会需要被更换。

本发明的再加工密封表面的方法减轻了现有技术的一个或多个不足，或以其他方式改进了现有技术。

发明内容

本发明的一个方面是针对再加工密封表面的方法，包括：在磨损密封表面的位置处在部件的交界表面中形成凹槽；通过激光熔覆将密封材料沉积在凹槽中；以及机加工密封材料以形成大体与交界表面齐平的再加工密封表面。

本发明的另一个方面是针对再加工密封表面的方法，包括：在由第一材料制成的部件的交界表面中形成凹槽，该凹槽具有至少是4.0∶1的宽度W和深度D的比值；通过激光熔覆将第二材料沉积在凹槽中，第二材料与第一材料不同并且被冶金结合到第一材料；以及机加工第二材料以形成大致与部件的交界表面齐平的再加工密封表面。

本发明的另一个方面是针对再加工密封表面的方法，包括：在磨损密封表面的位置处在部件的交界表面中形成凹槽；通过激光熔覆将多串(beads)密封材料沉积在凹槽中；以及机加工多串密封材料以形成大体与部件的交界表面齐平的再加工密封表面，密封材料被冶金结合到部件。

附图说明

图1是部件表面的磨损密封表面的剖面表示；

图2是在部件表面中形成凹槽的步骤的剖面表示；

图3是形成在部件表面中的凹槽的剖面表示；

图4是沉积在凹槽中的一串新密封材料剖面表示；和

图5是部件表面中的新的密封表面的剖面表示。

具体实施方式

现在参考图1，显示了具有磨损密封表面的构件并且该构件总体由数字10来指示。应该理解的是，所包含的附图1-5仅仅用于图解的目的，并且所显示的部件可能没有按比例绘制。构件10可以是在交界表面11中包括磨损密封表面12的任何金属部件，包括，例如，壳体、水泵轴以及机油冷却器外壳。构件10的磨损密封表面12可以由侵蚀(由冲击所引起的磨损)、腐蚀(由化学反应所引起的磨损)和/或气蚀(由流体所引起的磨损)所引起。在任何情形中，磨损密封表面12可以被磨损到密封表面需要被修理以便保持由密封表面和垫圈或其他密封元件之间的相互作用形成的密封连接的完整性的程度。构件10可以由任何公知的材料形成，包括，例如，铁、铝、钢、钛和铜。

一旦构件10已经被检查并且在交界表面11中的磨损密封表面12已经被识别，就可以开始修理磨损密封表面的过程。参考图2和图3，首先可以在磨损密封表面12的位置处在构件10中形成凹槽14，由此除去构件的磨损和受损部分。凹槽14可以使用任何适当的工具15来形成，该工具能够从构件10分离磨损密封表面12的材料以及一些周边材料。在示范性实施例中，铣刀，比如，例如，铣床的球头铣刀，可以被用于在构件10的通常平坦的表面中形成凹槽14。铣刀的旋转发挥作用以在磨损密封表面12处且环绕磨损密封表面12从构件10除去材料。在密封表面12被形成在例如像轴的圆形表面的情形下，车床可以被用来形成凹槽14。

由铣刀15所形成的凹槽14在剖视图中可以具有在两个侧表面18和20之间延伸的底表面16，如在图3中最佳显示的。在特定的实施例中，当底表面16在侧表面18和20之间延伸时其大体是平坦的。凹槽14可以在从侧表面18和20到底表面16的过渡处形成具有至少一个弯曲部分以及在一些实施例中具有一对弯曲部分的剖面轮廓。还可以预期的是，凹槽14的底表面16可以是凹面，其具有在侧表面18和20之间延伸的弓形底表面16(未图示)。侧表面18和20可以大致彼此平行。

在特定的实施例中，凹槽14可以具有在大约0.1和8mm之间的最大深度D和在大约2和30mm之间的侧表面18和20之间的宽度W。凹槽14的宽度W和凹槽14的深度D的比值可以是至少4.0∶1。

在凹槽14形成之后，如在图4中所示的，通过激光熔覆可以将一串新的密封材料22沉积在凹槽14中。通过激光熔覆把新的密封材料22沉积在凹槽14中的步骤可以包括通过使用激光将新的密封材料的粉末状或线状进料熔化到凹槽中。构件10可以相对于激光和进料运动，以便填充凹槽14。可选地，激光和进料可以被安装到自动设备上，该设备相对于构件10运动，以便填充凹槽14。激光熔覆过程在新的密封材料22和构件10之间产生冶金结合，减少了对将新的密封材料22固定到凹槽14中的其他粘接剂的需要。

尽管预期的是，在许多应用场合中单串新的密封材料22就足以填充凹槽14，但是还可以预期的是，多串新的密封材料22可以被沉积在凹槽14中。例如，在通过构件10的交界表面11来形成动态密封的情形下，会需要较宽的凹槽14和多串新的密封材料22，以修理磨损密封表面12。即使多串新的密封材料22被沉积在凹槽14中，用于修理磨损密封表面12的过程的剩余步骤也保持相同，就好像提供的是单串新的密封材料22一样。在需要多串新的密封材料来填充凹槽14的情形下，它们可以被同时地或者交替地沉积在凹槽14中，可以在应用了一串新的密封材料22之后应用另一串，直到凹槽14被新的密封材料完全填充为止。

新的密封材料22可以是任何适于在构件10中形成密封表面的材料，并且可以具有良好的抗腐蚀和/或抗磨损特性。例如，新的密封材料22可以是不锈钢或其它钢合金、奥氏体镍铬基(austeniticnickel-chromium-based)钢合金、钛或者铝。如在本文中所使用的，不锈钢指代具有大于或等于10.5％的铬含量的钢合金。在示范性实施例中，新的密封材料22可以和用来形成构件10的材料不同。新的密封材料22可以拥有比用来形成构件10的材料更好的抗腐蚀和抗磨损特性。例如，新的密封材料22可以具有比构件10的材料的硬度大的硬度。在其他实施例中，新的密封材料22可以与用来形成构件10的材料大致相同。

在将一串或多串新的密封材料22沉积在凹槽14中的步骤之后，通过公知的机加工技术将多余的材料除去，以将构件10返回到原始规格。从一串或多串新的密封材料22机加工多余的材料的步骤导致生成新的密封表面24，该新的密封表面大致与构件10的表面齐平，如在图5中所示的。新的密封材料22可以大致填充凹槽14，并且相比于构件10的材料，新的密封表面24可以提供改进的抗磨损性。

尽管上述过程意在修理磨损密封表面，但是可以预期的是，所公开的过程的步骤可以在部件的原始加工期间被使用。这样，相比于由部件本身的材料(例如，铸铁)所形成的密封表面，部件10可以被提供有具有改进的抗磨损性的密封表面24。凹槽14可以被形成在交界表面11中，或者部件10可以被加工(例如，铸造)以在所希望的密封位置处包括凹槽14。然后，凹槽14可以通过激光熔覆被新的密封材料22填充，并且新的密封材料22被机加工以形成新的密封表面24。在原始部件的情形下，新的密封材料22与部件10的剩余部分的材料不同，其中新的密封材料提供了比部件10的剩余部分的材料更好的抗腐蚀性和/或抗磨损性。

工业实用性

本发明的方法在修理具有磨损密封表面的任何构件的密封表面方面都是有用的。磨损材料可以被除去，通过激光熔覆来沉积新的密封材料22，并且将其机加工至原始规格，以延长构件10的寿命并且保持由新的密封表面24所形成的密封连接的可靠性。本发明的修理方法可以比许多传统的密封表面的修理技术更精确且耗时更少。而且，本发明的方法还可以应用于某些其他公知的修理方法不适用的位置和操作条件。可选地，本发明的方法可以适于提供具有改进的密封表面的原始部件。

由所公开的方法生产的新的密封表面24相比于用来形成构件10的材料可以具有更好的抗腐蚀和抗磨损特性。因此，相比于由构件10的原始密封表面所形成的密封连接的可靠性，由新的密封表面24所形成的密封连接的可靠性可以被改进。使用所公开的方法来修理磨损密封表面12还仅仅集中在构件的磨损区域上，而不是如某些现有技术方法一样集中在包含密封表面的构件10的整个表面上。形成在构件10中的凹槽14的深度和宽度之间的尺寸关系R会影响新的密封表面24的品质。

对本领域的技术人员而言，在不偏离本发明的范围的情形下，对本发明的修理方法作出各种变型和改变将是显而易见的。考虑到说明书，对本领域的技术人员而言，其他的实施例将是显而易见的。说明书和实例意图被认为仅仅是示范性的，本发明的真实范围由随后的权利要求及其等同形式来表明。

Claims

1.一种再加工密封表面的方法，包括：

在磨损密封表面的位置处在部件的交界表面中形成凹槽；

通过激光熔覆将密封材料沉积在凹槽中；以及

机加工密封材料以形成大体与交界表面齐平的再加工密封表面。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在形成凹槽之前***件，以确定是否有必要形成再加工密封表面。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括热处理再加工密封表面以调节密封材料的特性。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述形成步骤期间所形成的凹槽具有包括弯曲部分的剖面轮廓。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，凹槽在所述形成步骤期间使用铣刀形成。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述形成步骤期间所形成的凹槽具有跨越相对的侧表面之间的大体平面的内表面。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，密封材料是第一材料，并且部件的交界表面由不同于第一材料的第二材料形成。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，密封材料是第一材料，并且部件的交界表面由大致与第一材料相同的第二材料形成。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，密封材料是不锈钢材料，其具有大于或等于10.5％的铬含量。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，密封材料是奥氏体镍铬基合金。

11.一种再加工密封表面的方法，包括：

在由第一材料制成的部件的交界表面中形成凹槽，该凹槽具有至少4.0∶1的宽度W和深度D的比值；

通过激光熔覆将第二材料沉积在凹槽中，第二材料不同于第一材料并且被冶金结合到第一材料上；以及

机加工第二材料以形成再加工密封表面，该再加工密封表面与部件的交界表面大致齐平。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括在形成凹槽之前***件的交界表面，以确定是否有必要形成再加工密封表面。

13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括热处理再加工密封表面以调节第二材料的特性。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述形成步骤期间所形成的凹槽具有包括弯曲部分的剖面轮廓。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，凹槽在所述形成步骤期间使用铣刀形成。

16.根据权利要求11所述的方法，其中，凹槽在所述形成步骤期间使用车床形成。

17.根据权利要求11所述的方法，其中，第二材料是不锈钢材料，其具有大于或等于10.5％的铬含量。

18.根据权利要求11所述的方法，其中，第二材料是奥氏体镍铬基合金。

19.一种再加工密封表面的方法，包括：

在磨损密封表面的位置处在部件的交界表面中形成凹槽；

通过激光熔覆将多串密封材料沉积在凹槽中；以及

机加工所述多串密封材料以形成大体与部件的交界表面齐平的再加工密封表面，密封材料被冶金结合到部件。