CN105887079A - 一种野外环境下激光成形快速应急修复失效零件的方法 - Google Patents

一种野外环境下激光成形快速应急修复失效零件的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105887079A
CN105887079A CN201610236568.2A CN201610236568A CN105887079A CN 105887079 A CN105887079 A CN 105887079A CN 201610236568 A CN201610236568 A CN 201610236568A CN 105887079 A CN105887079 A CN 105887079A
Authority
CN
China
Prior art keywords
repaired
laser forming
laser
inefficacy
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610236568.2A
Other languages
English (en)
Inventor
张安峰
李涤尘
张文龙
王潭
李帅
张连重
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201610236568.2A priority Critical patent/CN105887079A/zh
Publication of CN105887079A publication Critical patent/CN105887079A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P6/00—Restoring or reconditioning objects
    • B23P6/04—Repairing fractures or cracked metal parts or products, e.g. castings

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明公开一种野外环境下激光成形快速应急修复失效零件的方法。选用抗氧化性好的自熔性合金粉末，在空气中无惰性气体保护的野外环境中，采用氮气发生器从空气中分离氮气作为载粉气，对磨损类和断裂类等失效零件进行激光成形快速应急修复；通过三维扫描装置扫描失效零件，与数据库理论模型匹对运算得到失效零件的缺损模型，采用优化的激光成形修复工艺参数，按缺损模型逐层进行修复；对修复后零件机加工处理，恢复零件几何尺寸。本发明采用激光成形技术，解决了远海航行、抢险救灾、设备检修等野外恶劣的环境下、零件失效的偶然性，同时离补给地远，无法及时快速应急修复问题。

Description

一种野外环境下激光成形快速应急修复失效零件的方法
技术领域
本发明涉及激光成形修复技术，特别涉及一种野外环境下激光成形快速应急修复失效零件的方法。
背景技术
在远海航行、抢险救灾等野外恶劣的环境下，装备零件在长时间服役易发生磨损失效、疲劳断裂，过载断裂等失效形式，若无备用零件，或者离补给地较远，将影响设备的正常运行，如果能够及时快速地修复这些零件，使设备投入正常使用，可以节约资源、降低经济损失，具有巨大的工程应用价值和战略意义。
增材制造颠覆了传统的制造技术，是一种融合材料、信息、制造等多学科交叉的先进制造技术，目前成为国内外的研究热点。激光成形技术结合快速原型和激光熔覆技术，在不借用刀具和模具的情况下，成形出高性能、全致密、具有复杂结构的金属零件，广泛应用于航空航天、生物医疗、零件维修等领域。和传统的电镀法、热喷涂法和堆焊法修复技术相比，激光成形具有快速加热，快速冷却的特点，具有热量输入小，热影响区小，不易损伤基体，熔覆层与基体之间达到冶金结合，结合强度高等优点，获得越来越广泛的应用，为失效零件的修复开辟了新途径。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种野外环境下激光成形快速应急修复失效零件的方法，针对远海航行、抢险救灾、设备检修等野外环境下装备零件长时间服役后易出现磨损失效、疲劳断裂，过载折断等失效形式，若无备用零件将影响设备的正常运行。本发明修复后的零件恢复到原零件的几何尺寸要求，强度和塑性达到母材的80％以上。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种野外环境下激光成形快速应急修复失效零件的方法，包括下述步骤：
(1)将待修复零件表面进行打磨处理，除去表面的氧化物和油污；
(2)失效零件便于安装、拆卸，将待修复零件固定在在激光成形工作台上，采用三维扫描装置采集缺损部位模型，与理论模型进行匹对，得到要修复的缺损模型；
当失效零件不便于拆卸，对失效零件进行在线修复，采用三维扫描装置采集缺损部位模型，与理论模型进行匹对，得到要修复的缺损模型；
(3)采用500W的光纤激光器、氮气发生器从空气中分离氮气作为激光成形和修复的送粉气源。根据零件失效类型，选择相应的合金粉末作为修复材料，磨损类零件修复材料选择抗氧化性好、硬度高、耐磨性好的Fe901粉末；疲劳或过载断裂类零件选用硬度适中、强塑性好的Fe314合金粉末。
(4)对缺损模型进行分层处理，选择优化的工艺参数，从缺损模型的最低点开始，逐层进行激光成形修复，修复结束后对修复部位进行表面处理，恢复零件的几何尺寸；
(5)对所修复的零件进行机加工成国家标准拉伸试样，测试修复后零件的力学性能，包括强度和塑性；
(6)对所修复的零件进行线切割、镶嵌、研磨、抛光、腐蚀制样，在数字光学显微镜下观察熔覆层与母材的结合状况，熔覆层与母材之间呈冶金结合，结合面处无夹渣、气孔和裂纹，强度和塑性达到母材的80％以上，则零件修复合格。
上述方案中扫描得到的缺损模型精度为±0.05mm，修复工艺参数为激光功率150～250W，扫描速度10～20mm/s，送粉量为4.0～8.0g/min，搭接间距为0.20～0.40mm，按缺损模型逐层进行修复。
用砂轮将待修复零件表面进行打磨抛光处理，除去表面的氧化物和油污。
采用便携式的三维扫描装置，扫描待修复的零件，通过与数据库中的理论模型匹对运算，得到要修复的缺损模型，扫描精度为±0.05mm。
野外环境下难以在惰性气体保护的气氛下进行激光成形修复，采用抗氧化性良好的合金粉末作为修复材料，在空气无保护环境中，采用氮气代替氩气，通过氮气发生器从空气中分离氮气作为载粉气源，且其纯度可调，氮气体积分数为98.0～99.9％。
所述的修复材料是指磨损类零件修复材料选择抗氧化性好、硬度高、耐磨性好的Fe901粉末，疲劳或过载断裂类零件选用硬度适中、强塑性好的Fe314合金粉末。
所述的修复工艺参数为激光功率150～250W，扫描速度10～20mm/s，送粉量为4.0～8.0g/min，搭接间距为0.20～0.40mm，按缺损模型逐层进行修复。
所述的电子万能材料试验机型号为Istron5985、显微硬度计的型号为HXD-2000TMSC/LCD、数字光学显微镜型号为KEYENCE VH-8000。
本发明针对远海航行、抢险救灾、设备检修等野外环境下激光成形快速应急修复失效零件。野外环境不同于传统的实验室，无法在惰性气体保护的环境下进行激光成形修复，所以采用抗氧化性好、含有Si、B脱氧造渣元素的自熔性合金粉末Fe901和Fe314作为修复材料。采用制氮纯度为98.0～99.5％的氮气发生器从空气中分离氮气作为激光成形所需的载粉气源，不仅气体纯度满足修复后的性能要求，且避免了携带诸多气瓶，减轻设备重量，经济方便。
附图说明
图1为激光维修成形***示意图。
图中：1、透镜；2、数控平台；3、熔池；4、载气粉末；5、激光束；6、同轴送粉喷嘴。
图2为激光成形Fe314修复零件熔覆层与基体金相形貌照片。
图2(a)为Fe314修复结合面宏观形貌图；
图2(b)为Fe314修复结合面微观形貌图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的详细描述。
参照图1所示，本发明所述便携式激光维修成形***包括数据库***、三维扫描***、激光成形***和机加工***。数据库***存储各类零部件的理论模型；三维扫描***用于扫描待修复的失效零件，与数据库理论模型进行匹对运算，得到要修复的缺损模型；激光成形***包括激光器、同轴送粉***、工控机和氮气发生器等装置，其中激光器产生激光提供能量源、同轴送粉***输送合金粉末、工控机控制设备的相对运动、氮气发生器提供成形修复气源。其特征在于：选用自熔性合金粉末Fe901和Fe314，在空气中无惰性气体保护的野外环境条件下，采用氮气发生器从空气中分离氮气作为载粉气，对磨损类和断裂类等失效零件进行激光成形快速应急修复。
附例-野外环境下激光成形快速应急修复过载断裂某设备齿轮。
1、激光成形修复40Cr合金钢齿轮，选用自熔性合金粉末Fe314，粉末粒度为45～100μm，含有Si、B非金属元素，抗氧化性好，硬度适中、强塑性好，适用于野外环境下成形修复。
2、将Fe314粉末置于真空干燥箱中加热到200℃，保温4h，以去除水分并可增强粉末流动性；待修复齿轮表面用砂轮打磨后，用乙醇清洗，去除表面氧化层和油污。
3、调整氮气发生器的制氮纯度为99.0％、流量为8L/min，为成形修复提供载粉气源；通过三维扫描装置扫描待修复齿轮，与数据库理论模型匹对运算，得到缺损部位的几何模型，导入激光成形工控机中。
4、成形修复过程采用填充扫描方式，即先扫外部轮廓然后填充内部，主要工艺参数为激光功率180～200W，扫描速度10～15mm/s，送粉量为4.5g/min，搭接间距为0.25mm，按缺损模型逐层进行修复。
5、对修复齿轮进行线切割、镶嵌、粗磨、细磨、抛光、腐蚀，最后在型号为KEYENCEVH-8000数字光学显微镜下观察熔覆层与母体的结合状况；对所修复的零件进行机加工成国家标准拉伸试样，测试修复后零件的力学性能。
修复结果表明：野外环境下激光成形修复齿轮类零件，恢复了齿轮齿形的几何尺寸；熔覆层与母体呈冶金结合，结合面处无夹渣、气孔、裂纹等缺陷，见图2(a)和(b)；激光成形修复后零件的强度超过母体，达到母体的106％，塑性和母体相近，达到母体的89％，见表-1。
表-1激光成形修复齿轮零件常温拉伸性能

Claims (7)

1.一种野外环境下激光成形快速应急修复失效零件的方法，包括便携式激光维修成形***，便携式激光维修成形***包括数据库***、三维扫描***、激光成形***和机加工***，其特征在于：选用自熔性合金粉末Fe901和Fe314，在空气中无惰性气体保护的野外环境条件下，采用氮气发生器从空气中分离氮气作为载粉气，对磨损类和断裂类等失效零件进行激光成形快速应急修复，包括下述步骤：
(1)将待修复零件表面进行打磨抛光处理，除去表面的氧化物和油污；
(2)失效零件便于拆卸，将待修复零件固定在激光成形工作台上，采用三维扫描装置采集缺损部位模型，与数据库中理论模型进行匹对，得到要修复的缺损模型；
当失效零件不便于拆卸，对失效零件进行在线修复，采用三维扫描装置采集缺损部位模型，与数据库中理论模型进行匹对，得到要修复的缺损模型；
(3)采用500W的光纤激光器、氮气发生器从空气中分离氮气作为激光成形和修复的载粉气源、根据零件失效类型，选择合金粉末作为修复材料；
(4)对缺损模型进行分层处理，选择修复工艺参数，从缺损模型的最低点逐层进行激光成形修复，对修复部位进行表面处理，恢复失效零件的几何尺寸；
(5)对修复的零件进行机加工成国家标准拉伸试样，测试修复后零件的力学性能，包括强度和塑性；
(6)对所修复零件进行线切割、镶嵌、研磨、抛光、腐蚀制样，在数字光学显微镜下观察熔覆层与母材的结合状况；熔覆层与母材之间呈冶金结合，结合面处无夹渣、气孔和裂纹，强度和塑性达到母材的80％以上，则零件修复合格。
2.如权利要求1所述的野外环境下激光成形快速应急修复失效零件的方法，其特征在于，用砂轮将待修复零件表面进行打磨抛光处理，除去表面的氧化物和油污。
3.如权利要求1所述的野外环境下激光成形快速应急修复失效零件的方法，其特征在于，采用便携式的三维扫描装置，扫描待修复的零件，通过与数据库中的理论模型匹对运算，得到要修复的缺损模型，扫描精度为±0.05mm。
4.如权利要求1所述的野外环境下激光成形快速应急修复失效零件的方法，其特征在于，野外环境下难以在惰性气体保护的气氛下进行激光成形修复，采用抗氧化性良好的合金粉末作为修复材料，在空气无保护环境中，采用氮气代替氩气，通过氮气发生器从空气中分离氮气作为载粉气源，且其纯度可调，氮气体积分数为98.0～99.9％。
5.如权利要求1所述的野外环境下激光成形快速应急修复失效零件的方法，其特征在于，所述的修复材料是指磨损类零件修复材料选择抗氧化性好、硬度高、耐磨性好的Fe901粉末，疲劳或过载断裂类零件选用硬度适中、强塑性好的Fe314合金粉末。
6.如权利要求1所述的野外环境下激光成形快速应急修复失效零件的方法，其特征在于，所述的修复工艺参数为激光功率150～250W，扫描速度10～20mm/s，送粉量为4.0～8.0g/min，搭接间距为0.20～0.40mm，按缺损模型逐层进行修复。
7.如权利要求1所述的野外环境下激光成形快速应急修复失效零件的方法，其特征在于，所述的电子万能材料试验机型号为Istron5985、显微硬度计的型号为HXD-2000TMSC/LCD、数字光学显微镜型号为KEYENCE VH-8000。
CN201610236568.2A 2016-04-15 2016-04-15 一种野外环境下激光成形快速应急修复失效零件的方法 Pending CN105887079A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610236568.2A CN105887079A (zh) 2016-04-15 2016-04-15 一种野外环境下激光成形快速应急修复失效零件的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610236568.2A CN105887079A (zh) 2016-04-15 2016-04-15 一种野外环境下激光成形快速应急修复失效零件的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105887079A true CN105887079A (zh) 2016-08-24

Family

ID=56705042

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610236568.2A Pending CN105887079A (zh) 2016-04-15 2016-04-15 一种野外环境下激光成形快速应急修复失效零件的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105887079A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107150175A (zh) * 2017-07-13 2017-09-12 淮阴工学院 损伤齿轮激光实时动态熔覆修复及应力调控***及方法
CN110952086A (zh) * 2019-12-11 2020-04-03 中铁工程装备集团有限公司 一种滚刀刀圈在线再制造装置及方法
CN111122448A (zh) * 2019-12-20 2020-05-08 东莞理工学院 一种增材制造图谱式应力分析方法
CN111455288A (zh) * 2020-05-29 2020-07-28 燕山大学 一种道路模拟试验机转毂的激光熔覆修复材料及再制造方法
CN113042738A (zh) * 2021-03-10 2021-06-29 岭澳核电有限公司 循环水过滤***用泵盖板增材修复方法及***
CN113927169A (zh) * 2021-11-22 2022-01-14 南京航空航天大学 一种基于激光增材现场原位修复的装置与方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104674210A (zh) * 2013-12-02 2015-06-03 齐欢 一种工件激光自动化修复方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104674210A (zh) * 2013-12-02 2015-06-03 齐欢 一种工件激光自动化修复方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张文龙等: "不同气氛下激光熔覆Fe901修复40Cr组织与性能的研究", 《电加工与模具》 *
王细洋: "《现代制造技术》", 30 April 2010 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107150175A (zh) * 2017-07-13 2017-09-12 淮阴工学院 损伤齿轮激光实时动态熔覆修复及应力调控***及方法
CN110952086A (zh) * 2019-12-11 2020-04-03 中铁工程装备集团有限公司 一种滚刀刀圈在线再制造装置及方法
CN110952086B (zh) * 2019-12-11 2022-03-04 中铁工程装备集团有限公司 一种滚刀刀圈在线再制造装置及方法
CN111122448A (zh) * 2019-12-20 2020-05-08 东莞理工学院 一种增材制造图谱式应力分析方法
CN111455288A (zh) * 2020-05-29 2020-07-28 燕山大学 一种道路模拟试验机转毂的激光熔覆修复材料及再制造方法
CN113042738A (zh) * 2021-03-10 2021-06-29 岭澳核电有限公司 循环水过滤***用泵盖板增材修复方法及***
CN113927169A (zh) * 2021-11-22 2022-01-14 南京航空航天大学 一种基于激光增材现场原位修复的装置与方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105887079A (zh) 一种野外环境下激光成形快速应急修复失效零件的方法
JP7002142B2 (ja) 付加製造過程で部品の変形及び精度を並行制御する方法
CN105821408B (zh) 采用激光熔覆修复tc4-dt钛合金的工艺方法
CN109536955B (zh) 采用激光同轴同步送粉法熔覆模具修复工艺
CN103074625B (zh) 一种可移动式激光熔覆及修复***
CN105312570B (zh) 一种用于零件或模具的增量制造方法
CN202062079U (zh) 一种直接制造梯度材料零件的装置
CN109746453B (zh) 一种激光修复方法及装置
CN110539080A (zh) 双机械臂激光-等离子复合铣削增减材制造设备与方法
CN108637587A (zh) 一种巴氏合金轴瓦修复工艺
CN110614364A (zh) 一种大型薄壁环形内腔复杂结构机匣类零件制造方法
CN105312834B (zh) 一种高温合金薄壁焊接机匣主体裂纹修复方法
CN108145332A (zh) 机器人电弧增减材成形装置及方法
CN104141129A (zh) 一种螺杆的修复方法
CN107931844A (zh) 一种叶轮掉块去应力激光冲击锻打再制造方法和装置
CN108907191B (zh) 适用于高速风洞试验的30CrMnSiA金属模型增材制造方法
CN105081575A (zh) 模具表面的激光修复方法
CN104233289A (zh) 一种采用高耐磨性激光熔覆材料修复模具的方法
CN103343338A (zh) 扩口模的激光修复方法
CN104526168A (zh) 一种电熔成形超低碳超细晶合金钢材料
CN105364072A (zh) 一种金属激光3d处理设备
CN105904151A (zh) 基于脉冲焊接和激光增材修复的薄壁零部件复合修复方法
CN108213713A (zh) 一种基于脉冲激光和连续激光增材的薄壁零部件复合修复方法
CN112442691A (zh) 一种汽车冲压模具镶块及其激光强化制造方法
CN106757011A (zh) 一种蜗杆的激光熔覆再制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20160824

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication