本發明屬于增材制造技術領域，具體涉及一種高性能堆焊再制造方法。

背景技術：

再制造是指恢復失效工件的形狀與尺寸，并保證其性能滿足使用要求的一種生產工藝。堆焊技術利用電弧作為熱源，以金屬絲材為填充材料對工件受損區域進行修補，從而實現零件再制造。

傳統堆焊工藝是在打磨光滑的基體表面堆焊一定厚度的耐磨材料，但耐磨層硬度較高，多層堆焊時堆焊層表面裂紋傾向嚴重，所以不適宜于磨損量過大的工件。而且，對于磨損量較大的工件，若僅依靠單一耐磨材料熔覆形成的堆焊層僅能滿足工件的耐磨性要求，基體與堆焊層界面的結合強度很差，采用單一耐磨材料熔覆形成堆焊層難以同時滿足工件的耐磨耐蝕性、塑韌性、耐疲勞、抗蠕變等使用性能的要求，常需做進一步的熱處理才能達到性能要求。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種高性能堆焊再制造方法，解決了傳統堆焊工藝難以同時滿足工件耐磨性和塑韌性的問題。

本發明所采用的技術方案是，一種高性能堆焊再制造方法，包括以下步驟：

步驟1、將失效工件表面打磨清理，除去工件表面缺陷；

步驟2、掃描工件打磨后的三維失效模型；

步驟3、在三維軟件中，將工件的原始設計模型與步驟2掃描得到的三維失效模型作布爾求差運算，得到需堆焊再制造部分的模型，即堆焊層模型；

步驟4、將堆焊層模型自下而上分為打底層、過渡層、功能層三個結構層；

步驟5、在模型剖分軟件中將三個結構層沿Z軸方向逐層剖分，分別得到三個結構層的堆焊路徑，生成各自的程序文件，并將三個結構層的程序文件導入堆焊再制造的設備中；

步驟6、分別設定三個結構層的焊接工藝參數，并選擇各層材料，按照打底層、過渡層、功能層的順序，在工件缺陷表面自下而上逐層施焊，完成失效工件的堆焊再制造。

本發明的特點還在于：

步驟4功能層厚度為3-8mm，過渡層厚度為2-3mm，打底層厚度為堆焊層總厚度減去過渡層與功能層厚度。

步驟6打底層采用脈沖焊接，焊接工藝參數為電流為120-130A，電壓為18-20V，送絲速度為4-5.5m/min，焊接速度為5-10mm/s。

步驟6過渡層采用弧焊焊接，焊接工藝參數為電流為100-120A，電壓為18-20V，送絲速度為3.5-4.5m/min，焊接速度為8-10mm/s。

步驟6功能層采用弧焊焊接，焊接工藝參數為電流為120-130A，電壓為20-22V，送絲速度為4-5.5m/min，焊接速度為5-10mm/s。

步驟6打底層材料與基體材料相同，所述功能層材料根據待修復工件性能要求選擇，所述過渡層材料的選擇原則為，其成分包含了打底層材料與功能層材料成分的主要元素，使過渡層材料能夠很好地與打底層材料和功能層材料互溶，達到降低裂紋、提高堆焊層性能的目的。

步驟6焊接過程中，使用氬氣為保護氣體，氣體流量為15-20ml/L。

本發明的有益效果是，本發明再制造堆焊方法中，堆焊層厚度不受限制，滿足大尺寸、嚴重磨損工件的修復，且堆焊層表面硬度較高，焊后不需進行后續熱處理。采用本發明方法修復的堆焊層表面裂紋傾向小，通過合理選材可使堆焊層兼具耐磨耐蝕、抗高溫蠕變性，并且具有較高的塑韌性。堆焊層與基體結合效果好，堆焊層不容易剝落。

附圖說明

圖1是本發明實施例1的零件模型圖。

圖中，1.打底層，2.過渡層，3.功能層。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明，但本發明并不限于這些實施方式。

實施例1

以某失效鏈輪鏈窩的修復再制造為例，其堆焊再制造方法具體包括以下步驟：

步驟1、將失效鏈輪的鏈窩表面打磨清理，除去鏈窩表面缺陷。

步驟2、利用三維掃描儀掃描出工件打磨后鏈窩的失效三維模型。

步驟3、在三維軟件中，將鏈窩的原始設計模型與失效模型作布爾求差運算，得到堆焊再制造部分的形狀與精確尺寸，以其作為堆焊層，如附圖1所示。

步驟4、將堆焊層模型自下而上劃分為打底層1、過渡層2、功能層3三層(如圖1)，打底層厚6mm、過渡層厚2mm、功能層厚3mm(總厚11mm)。

步驟5、在模型剖分軟件中將打底層1、過渡層2、功能層3沿Z軸方向逐層剖分，分別設計得到三層的堆焊路徑，并生成各自的程序文件，并將三層的程序導入ABB焊接機器人中。

步驟6、按照打底層、過渡層、功能層的順序，在工件缺陷表面自下而上逐層施焊。先采用與基體材料同質的30Cr絲材進行打底層堆焊，電源模式為脈沖模式，焊接工藝參數為電流為130A，電壓為20V，送絲速度為5.5m/min，焊接速度為6mm/s，同時使用99.99％的純氬為保護氣體，氣體流量為18ml/L。焊接完畢后，再采用Fe-Cr-Ni合金鋼焊絲進行過渡層焊接，弧焊焊接工藝參數為電流為100A，電壓為18V，送絲速度為4m/min，焊接速度為8mm/s，同時使用99.99％的純氬為保護氣體，氣體流量為17ml/L。最后焊接功能層，功能層采用C-Cr-Si合金鋼絲材，弧焊焊接工藝參數為電流為130A，電壓為22V，送絲速度為5.5m/min，焊接速度為6mm/s，同時使用99.99％的純氬為保護氣體，氣體流量為15ml/L。至此完成堆焊層的再制造，修復好的鏈輪鏈窩如圖1所示。

實施例2

以某失效鏈輪的修復再制造為例，其堆焊再制造方法具體包括以下步驟：

步驟1、將失效齒輪表面打磨清理，除去齒輪表面缺陷。

步驟2、利用三維掃描儀掃描出工件打磨后齒輪的失效三維模型。

步驟3、在三維軟件中，將齒輪的原始設計模型與失效模型作布爾求差運算，得到堆焊再制造部分的形狀與精確尺寸，以其作為堆焊層。

步驟4、將堆焊層模型自下而上劃分為打底層1、過渡層2、功能層3三層，打底層厚3mm、過渡層厚2mm、功能層厚6mm(總厚11mm)。

步驟5、在模型剖分軟件中將打底層1、過渡層2、功能層3沿Z軸方向逐層剖分，分別設計得到三層的堆焊路徑，并生成各自的程序文件，并將三層的程序導入ABB焊接機器人中。

步驟6、按照打底層、過渡層、功能層的順序，在工件缺陷表面自下而上逐層施焊。先采用與基體材料同質的1Cr13絲材進行打底層堆焊，電源模式為脈沖模式，焊接工藝參數為電流為120A，電壓為18V，送絲速度為4m/min，焊接速度為8mm/s，同時使用99.99％的純氬為保護氣體，氣體流量為18ml/L。焊接完畢后，再采用Fe-Cr-Ni合金鋼焊絲進行過渡層焊接，弧焊焊接工藝參數為電流為120A，電壓為20V，送絲速度為4.5m/min，焊接速度為10mm/s，同時使用99.99％的純氬為保護氣體，氣體流量為17ml/L。最后焊接功能層，功能層采用C-Cr-Mn合金鋼絲材，弧焊焊接工藝參數為電流為120A，電壓為20V，送絲速度為4m/min，焊接速度為6mm/s，同時使用99.99％的純氬為保護氣體，氣體流量為15ml/L。至此完成堆焊層的再制造。

實施例3

以某失效鏈輪的修復再制造為例，其堆焊再制造方法具體包括以下步驟：

步驟1、將失效模具表面打磨清理，除去模具表面缺陷。

步驟2、利用三維掃描儀掃描出工件打磨后模具的失效三維模型。

步驟3、在三維軟件中，將模具的原始設計模型與失效模型作布爾求差運算，得到堆焊再制造部分的形狀與精確尺寸，以其作為堆焊層。

步驟4、將堆焊層模型自下而上劃分為打底層1、過渡層2、功能層3三層，打底層厚3mm、過渡層厚2mm、功能層厚4mm。

步驟5、在模型剖分軟件中將打底層1、過渡層2、功能層3沿Z軸方向逐層剖分，分別設計得到三層的堆焊路徑，并生成各自的程序文件，并將三層的程序導入ABB焊接機器人中。

步驟6、按照打底層、過渡層、功能層的順序，在工件缺陷表面自下而上逐層施焊。先采用與基體材料同質的40Cr絲材進行打底層堆焊，電源模式為脈沖模式，焊接工藝參數為電流為120A，電壓為18V，送絲速度為4m/min，焊接速度為8mm/s，同時使用99.99％的純氬為保護氣體，氣體流量為18ml/L。焊接完畢后，再采用Fe-Cr-Ni合金鋼焊絲進行過渡層焊接，弧焊焊接工藝參數為電流為120A，電壓為20V，送絲速度為4.5m/min，焊接速度為10mm/s，同時使用99.99％的純氬為保護氣體，氣體流量為17ml/L。最后焊接功能層，功能層采用Fe-C-Cr合金鋼絲材，弧焊焊接工藝參數為電流為120A，電壓為20V，送絲速度為4m/min，焊接速度為6mm/s，同時使用99.99％的純氬為保護氣體，氣體流量為15ml/L。至此完成堆焊層的再制造。

對傳統單層堆焊技術修復的零件分別和三個實施例的修復零件性能進行檢測，結果如表1所示。

表1實施例修復零件硬度和沖擊功測試結果

由表1可知，本發明修復產品的硬度和韌性遠遠高于現有單層堆焊修復技術。