CN110552005A - 一种阀体多面连续磨损固定装置及激光修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种阀体多面连续磨损固定装置,包括三爪卡盘、螺纹杆、长螺帽、垫片、零件、短螺帽,所述三爪卡盘固定于两轴变位机平台中心处,所述长螺帽侧面固定于三爪卡盘上,并拧于螺纹杆一端上紧固零件的一端,所述螺纹杆穿过零件中心孔,所述零件较大孔端放入重叠一起垫片,并穿入螺纹杆,所述短螺帽拧于螺纹杆另一端上,紧固零件另一端。本发明固定装置配合六轴机器人激光同轴送粉设备的两轴变位机使用,同时提供一种阀体多面连续磨损激光修复方法,可以满足阀体多面类零件表面修复、强化。
Description
技术领域
本发明涉及激光修复技术领域,更具体地说,涉及一种阀体多面连续磨损固定装置及激光修复方法。
背景技术
近些年,随着激光焊接及熔覆技术的迅速发展,各行各业都认识到其冷却速度快,基体热影响区小,修复变形小等突出的优点。在航空航天、汽车、船舶等行业内由于设备厂家的保密作风,通常不向使用单位提供原图纸,使用单位在零件局部磨损情况下,不得不采取更换处理,这样导致采购周期长、单件部件制造成本大、资源浪费大。同时存在少数单位采用热喷涂法、氩弧焊、等离子焊等方法进行修复,但修复后零件的结合强度、残余应力和热变形不容易控制,尺寸与修复质量无法保证。因此,采用激光修复技术能较好的解决以上问题,提供零件磨损后可靠的一种修复方法。
经检索,关于激光修复轴类零件有大量公开专利,如公开号为CN107675171A的中国发明专利《一种激光修复曲轴连杆轴颈的方法》、公开号为CN208104543的中国发明专利《一种轴类零件局部磨损的修复装置》,但其装置及修复方法均不适用于阀体连续多面磨损,行业内仍需要形式更为丰富多样、使用便捷及成本较低的轴类零件修复固定装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种阀体多面连续磨损固定装置及激光修复方法。
本发明通过如下技术方案实现上述目的:一种阀体多面连续磨损固定装置,包括三爪卡盘、螺纹杆、长螺帽、垫片、零件、短螺帽,其特征在于:所述三爪卡盘固定于两轴变位机平台中心处,所述长螺帽侧面固定于三爪卡盘上,并拧于螺纹杆一端上紧固零件的一端,所述螺纹杆穿过零件中心孔,所述零件较大孔端放入重叠一起垫片,并穿入螺纹杆,所述短螺帽拧于螺纹杆另一端上,紧固零件另一端。
进一步的,所述三爪卡盘最大工作范围φ250,所述螺纹杆直径φ16,长度200mm,螺纹单侧长度30mm,螺距2mm。
进一步的,所述长螺帽内径φ16,长度为30mm,材质为不锈钢,所述垫片内径为17mm,外径为35mm,厚度5mm,4个垫片放置于零件较大孔端,材质为不锈钢。
进一步的,所述零件具有中心孔且多面的阀体结构,较大孔端内径36mm,较小孔端内径18mm,从大孔端至小孔端,多面的直径分别是φ44,φ38,φ44,φ65,φ44,φ38,φ44,材质为30CrMoA。
进一步的,所述短螺帽内径φ16,长度为15mm,螺距2mm,材质为不锈钢。
进一步的,所述长螺帽、螺纹杆、垫片和短螺帽紧固零件,三爪卡盘固定长螺帽侧面,通过千分表调节零件中心轴所处位置,保证变位机带着零件转动时,零件中心轴处于转动中心轴上,保证零件表面跳动±0.1mm。
一种激光修复方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:修复前将零件表面进行清理,通过荧光磁粉设备找出裂纹,打磨去除裂纹缺陷,目视检查无裂纹缺陷,然后放入超声波清洗设备中清洗,零件擦干后钢丝轮抛光打磨表面,最后用丙酮擦洗。同时将待熔覆粉末进行烘干,100℃,30-50min,再放入送粉器中。
步骤二:将六轴机器人带着激光熔覆头移动至零件待熔覆位置,根据预先设置的六轴机器人激光熔覆程序和工艺参数,在零件各面待修复区域进行多层多道激光增材修复,熔覆层厚度余量为0.3-0.5mm,最后在数控中心对零件的各面尺寸进行精加工,满足最终尺寸要求。
步骤三:无损检测,采用荧光探伤方法,对修复位置进行检查,要求无裂纹缺陷。
步骤四:去应力退火,对激光修复后的零件进行去应力退火。消除修复区域残余应力,热处理制度为:200℃×2h,空冷。
进一步的,所述步骤一中待熔覆粉末为一种高强钢粉末,粉末粒度为45μm~90μm,粉末球形度≥90%,空心粉率≤0.1%,夹杂率≤5颗/200g。
进一步的,所述步骤二中零件各面待修复区域为阀体大孔端对称部分多面,因此需要配合两轴变位机进行修复,当修复下表面时,需进行二次装夹,将零件倒置,三爪卡盘夹持零件圆柱面,当修复平行于中轴线的表面时,将变位机翻转90°进行修复,当修复垂直面交接处时,将变位机翻转45°进行修复。
进一步的,所述步骤二中预先设置的工艺参数为:激光功率500-800W,光斑1mm-2mm,速度10-15mm/s,同轴氩气保护气流量15L/min,送粉氦气流量为5L/min,搭接率50%,送粉速率5g/min-10g/min,修复采用多层多道激光增材修复,单层厚度控制在0.1~0.5mm之间。
与现有技术相比,本发明所具备的优点和有益效果:
1.本发明固定装置配合两轴变位机使用,成本低,操作简便快捷,精度高。
2.本发明激光修复方法能完成阀体多面连续磨损修复,且过程操作方便,工艺稳定,重复性好,技术成熟,可进行广泛推广。
3.本发明激光修复方法,激光熔覆层与轴类件基材为冶金结合,强度高、组织致密、微观缺陷少,生产效率较高,且避免了热应力、热变形及开裂等问题,具有良好的经济与社会效益。
附图说明
图1是本发明的一种阀体多面连续磨损固定装置示意图。
图2是图1中螺纹杆示意图。
图中:1.三爪卡盘、2.长螺帽、3.垫片、4.零件、5.螺纹杆、6.短螺帽。
具体实施方式
一种阀体多面连续磨损固定装置,包括三爪卡盘1、螺纹杆5、长螺帽2、垫片3、零件4、短螺帽6,所述三爪卡盘固定于两轴变位机平台中心处,所述长螺帽侧面固定于三爪卡盘上,并拧于螺纹杆一端上紧固零件的一端,所述螺纹杆穿过零件中心孔,所述零件较大孔端放入重叠一起垫片,并穿入螺纹杆,所述短螺帽拧于螺纹杆另一端上,紧固零件另一端。
所述三爪卡盘最大工作范围φ250,所述螺纹杆直径φ16,长度200mm,螺纹单侧长度30mm,螺距2mm。
所述长螺帽内径φ16,长度为30mm,材质为不锈钢,所述垫片内径为17mm,外径为35mm,厚度5mm,4个垫片放置于零件较大孔端,材质为不锈钢。
所述零件具有中心孔且多面的阀体结构,较大孔端内径36mm,较小孔端内径18mm,从大孔端至小孔端,多面的直径分别是φ44,φ38,φ44,φ65,φ44,φ38,φ44,材质为30CrMoA。
所述短螺帽内径φ16,长度为15mm,螺距2mm,材质为不锈钢,
所述长螺帽、螺纹杆、垫片和短螺帽紧固零件,三爪卡盘固定长螺帽侧面,通过千分表调节零件中心轴所处位置,保证变位机带着零件转动时,零件中心轴处于转动中心轴上,保证零件表面跳动±0.1mm。
实施例一
一种激光修复方法,包括以下步骤:
1.阀芯磨损情况确认某型阀芯,材料为30CrMoA高强度钢,磨损深度约0.5mm,共5个磨损面。
2.修复过程和检查
(1)选择冲击韧性和焊接性优于阀芯材料的高强度钢材料金属粉末作为激光修复材料,粉末各项指标满足要求。
(2)修复前将阀芯表面进行清理,通过荧光磁粉设备找出裂纹,采用手持电枪打磨去除裂纹缺陷,目视检查无裂纹缺陷,然后放入超声波清洗设备中清洗,零件擦干后钢丝轮抛光打磨表面,最后用丙酮擦洗。同时将待熔覆粉末进行烘干,100℃,30min,再放入送粉器中。所述待熔覆粉末为一种高强钢粉末,粉末粒度为45-90μm,粉末球形度≥90%,空心粉率≤0.1%,夹杂率≤5颗/200g。
(3)将六轴机器人带着激光熔覆头移动至阀芯待熔覆位置,根据预先设置的六轴机器人激光熔覆程序和工艺参数,在零件各面待修复区域进行多层多道激光增材修复,熔覆层厚度加工余量为0.4mm,最后在数控中心对零件的各面尺寸进行精加工,满足最终尺寸要求,激光修复的工艺参数为:激光功率500W,光斑直径1mm,速率15mm/s,送粉速率5g/min,送粉气5L/min,保护气体15L/min,搭接率50%,单层厚度约0.2mm。当修复下表面时,需进行二次装夹,将零件倒置,三爪卡盘夹持零件圆柱面,当修复平行于中轴线的表面时,将变位机翻转90°进行修复,当修复垂直面交接处时,将变位机翻转45°进行修复。修复的原则为“垂直面交接处优先,大面优先,小面最后”,当遇到送粉距离受限的情况时可采用旁侧堆砌的方式。所述的六轴机器人是德国KUKA KR90-2900,所述激光熔覆头是德国通快MultiJetSO16三孔喷咀,聚焦距离14-18mm。
(4)无损检测,采用荧光探伤方法,对修复位置进行检查,要求无裂纹缺陷。
(5)去应力退火,对激光修复后的零件进行去应力退火。消除修复区域残余应力,热处理制度为:200℃×2h,空冷。
实施例二
一种激光修复方法,包括以下步骤:
1.螺杆磨损情况确认某型螺杆,材料为30CrMoA高强度钢,磨损深度约0.3mm,共3个磨损面。
2.修复过程和检查
(1)选择冲击韧性和焊接性优于阀芯材料的高强度钢材料金属粉末作为激光修复材料,粉末各项指标满足要求。
(2)修复前将阀芯表面进行清理,通过荧光磁粉设备找出裂纹,采用手持电枪打磨去除裂纹缺陷,目视检查无裂纹缺陷,然后放入超声波清洗设备中清洗,零件擦干后钢丝轮抛光打磨表面,最后用丙酮擦洗。同时将待熔覆粉末进行烘干,100℃,40min,再放入送粉器中。所述待熔覆粉末为一种高强钢粉末,粉末粒度为45-90μm,粉末球形度≥90%,空心粉率≤0.1%,夹杂率≤5颗/200g。
(3)将六轴机器人带着激光熔覆头移动至阀芯待熔覆位置,根据预先设置的六轴机器人激光熔覆程序和工艺参数,在零件各面待修复区域进行多层多道激光增材修复,熔覆层厚度加工余量为0.4mm,最后在数控中心对零件的各面尺寸进行精加工,满足最终尺寸要求,激光修复的工艺参数为:激光功率600W,光斑直径1.6mm,速率12mm/s,送粉速率7g/min,送粉气5L/min,保护气体15L/min,搭接率50%,单层厚度约0.3mm。当修复下表面时,需进行二次装夹,将零件倒置,三爪卡盘夹持零件圆柱面,当修复平行于中轴线的表面时,将变位机翻转90°进行修复,当修复垂直面交接处时,将变位机翻转45°进行修复。修复的原则为“垂直面交接处优先,大面优先,小面最后”,当遇到送粉距离受限的情况时可采用旁侧堆砌的方式。所述的六轴机器人是德国KUKA KR90-2900,所述激光熔覆头是德国通快MultiJet SO16三孔喷咀,聚焦距离16mm。
(4)无损检测,采用荧光探伤方法,对修复位置进行检查,要求无裂纹缺陷。
(5)去应力退火,对激光修复后的零件进行去应力退火。消除修复区域残余应力,热处理制度为:200℃×2h,空冷。
本发明具备的优点和有益效果:
1.本发明固定装置配合两轴变位机使用,成本低,操作简便快捷,精度高。
2.本发明激光修复方法能完成阀体多面连续磨损修复,且过程操作方便,工艺稳定,重复性好,技术成熟,可进行广泛推广。
3.本发明激光修复方法,激光熔覆层与轴类件基材为冶金结合,强度高、组织致密、微观缺陷少,生产效率较高,且避免了热应力、热变形及开裂等问题,具有良好的经济与社会效益。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种阀体多面连续磨损固定装置,包括三爪卡盘、螺纹杆、长螺帽、垫片、零件、短螺帽,其特征在于:所述三爪卡盘固定于两轴变位机平台中心处,所述长螺帽侧面固定于三爪卡盘上,并拧于螺纹杆一端上紧固零件的一端,所述螺纹杆穿过零件中心孔,所述零件较大孔端放入重叠一起垫片,并穿入螺纹杆,所述短螺帽拧于螺纹杆另一端上,紧固零件另一端。
2.如权利要求1所述的一种阀体多面连续磨损修复的装置,其特征在于:所述三爪卡盘最大工作范围φ250,所述螺纹杆直径φ16,长度200mm,螺纹单侧长度30mm,螺距2mm。
3.如权利要求1所述的一种阀体多面连续磨损固定的装置,其特征在于:所述长螺帽内径φ16,长度为30mm,材质为不锈钢,所述垫片内径为17mm,外径为35mm,厚度5mm,4个垫片放置于零件较大孔端,材质为不锈钢。
4.如权利要求1所述的一种阀体多面连续磨损固定的装置,其特征在于:所述零件具有中心孔且多面的阀体结构,较大孔端内径36mm,较小孔端内径18mm,从大孔端至小孔端,多面的直径分别是φ44,φ38,φ44,φ65,φ44,φ38,φ44,材质为30CrMoA。
5.如权利要求1所述的一种阀体多面连续磨损固定的装置,其特征在于:所述短螺帽内径φ16,长度为15mm,螺距2mm,材质为不锈钢。
6.如权利要求1所述的一种阀体多面连续磨损固定的装置,其特征在于:所述长螺帽、螺纹杆、垫片和短螺帽紧固零件,三爪卡盘固定长螺帽侧面,通过千分表调节零件中心轴所处位置,保证变位机带着零件转动时,零件中心轴处于转动中心轴上,保证零件表面跳动±0.1mm。
7.一种激光修复方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:修复前将零件表面进行清理,通过荧光磁粉设备找出裂纹,打磨去除裂纹缺陷,目视检查无裂纹缺陷,然后放入超声波清洗设备中清洗,零件擦干后钢丝轮抛光打磨表面,最后用丙酮擦洗。同时将待熔覆粉末进行烘干,100℃,30-50min,再放入送粉器中。
步骤二:将六轴机器人带着激光熔覆头移动至零件待熔覆位置,根据预先设置的六轴机器人激光熔覆程序和工艺参数,在零件各面待修复区域进行多层多道激光增材修复,熔覆层厚度余量为0.3-0.5mm,最后在数控中心对零件的各面尺寸进行精加工,满足最终尺寸要求。
步骤三:无损检测,采用荧光探伤方法,对修复位置进行检查,要求无裂纹缺陷。
步骤四:去应力退火,对激光修复后的零件进行去应力退火。消除修复区域残余应力,热处理制度为:200℃×2h,空冷。
8.根据权利要求7所述的激光修复方法,其特征在于:所述步骤一中待熔覆粉末为一种高强钢粉末,粉末粒度为45μm~90μm,粉末球形度≥90%,空心粉率≤0.1%,夹杂率≤5颗/200g。
9.根据权利要求7所述的激光修复方法,其特征在于:所述步骤二中零件各面待修复区域为阀体大孔端对称部分多面,因此需要配合两轴变位机进行修复,当修复下表面时,需进行二次装夹,将零件倒置,三爪卡盘夹持零件圆柱面,当修复平行于中轴线的表面时,将变位机翻转90°进行修复,当修复垂直面交接处时,将变位机翻转45°进行修复。
10.根据权利要求7所述的激光修复方法,其特征在于:所述步骤二中预先设置的工艺参数为:激光功率500-800W,光斑1mm-2mm,速度10-15mm/s,同轴氩气保护气流量15L/min,送粉氦气流量为5L/min,搭接率50%,送粉速率5g/min-10g/min,修复采用多层多道激光增材修复,单层厚度控制在0.1~0.5mm之间。
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