專利名稱：一種激光熔覆制造或再制造的耐磨抗蝕風(fēng)電電機(jī)軸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)電設(shè)備部件的耐磨抗蝕方法，特別是涉及一種激光熔覆制造或再制造的耐磨抗蝕風(fēng)電電機(jī)軸的方法，屬于激光熔覆技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的核心組件之一。風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸損壞的主要形式是風(fēng)力發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中由于空氣中的沙石、水份等介質(zhì)的侵蝕造成電機(jī)軸承損壞或使電機(jī)軸銹蝕。在對風(fēng)力電機(jī)進(jìn)行軸承更換或維修安裝、拆卸過程中容易產(chǎn)生拉傷、劃傷、磕碰傷等導(dǎo)致整臺風(fēng)力發(fā)電設(shè)備報(bào)廢。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸是風(fēng)力發(fā)電的主要核心部件，價(jià)格昂貴，有時(shí)因軸承拆卸過程中產(chǎn)生的劃傷、磕碰傷導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸安裝尺寸達(dá)不到工藝要求，最終導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸報(bào)廢更換，為了減少不必要的損失，對出現(xiàn)拉傷、劃傷的風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸各單位也曾采用過多種修復(fù)工藝或方法，例如:氬弧焊、熱噴涂等工藝，但由于風(fēng)力電機(jī)的使用技術(shù)要求較高，氬弧焊因?yàn)闊嵊绊憛^(qū)大，焊接應(yīng)力大，致使電機(jī)軸整體變形，熱噴涂的涂層結(jié)合強(qiáng)度不夠，在使用中的復(fù)雜情況下，修復(fù)層易剝落，電機(jī)軸的修復(fù)成為很多企業(yè)難以解決的問題。企業(yè)往往將其報(bào)廢處理，浪費(fèi)大量資源。因此，選擇適當(dāng)?shù)闹苽滹L(fēng)力發(fā)電機(jī)軸耐磨抗蝕涂層的工藝，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸耐磨抗蝕涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度高、耐磨抗蝕性能好、合金涂層的厚度均勻，是當(dāng)前亟待解決的課題。激光熔覆技術(shù)作為一種先進(jìn)的再制造技術(shù)，近年來得到了迅速推廣和廣泛應(yīng)用。目前，關(guān)于利用激光熔覆工藝制備設(shè)備部件耐磨抗蝕合金涂層的專利很多:例如。公開號為CN1 202534的中國發(fā)明專利申請給出的《金屬表面等離子噴涂后激光熔覆制備陶瓷涂層的方法》，該方法是先在金屬表面用等離子噴涂方法制備陶瓷涂層，然后在激光照射的同時(shí)，將陶瓷粉末噴向涂層表面，對陶瓷涂層進(jìn)行二次熔覆處理。公開號為CN1786272的中國發(fā)明專利申請給出的《激光熔覆鎳基納米WC/Co預(yù)涂層的制備方法》，該制備方法包括下列步驟:①按每克重的蟲膠與10 20克重的無水乙醇稱量蟲膠和無水乙醇，然后將所述的蟲膠加入無水乙醇中制成粘結(jié)劑；②根據(jù)需要按每克鎳基納米WC/Co粉末與0.1毫升 0.25毫升的粘結(jié)劑的比例，稱量鎳基納米WC/Co粉末和所述的粘結(jié)劑并混合，充分?jǐn)嚢杈鶆蛑瞥深A(yù)涂膠;③將上述預(yù)涂膠均勻地涂在待激光熔覆處理的工件表面，制成預(yù)涂層烘干。采用自制的粘結(jié)劑制備鎳基納米WC/Co預(yù)涂層，然后再采用激光熔覆工藝，制備出了表面較平整，較細(xì)密、基本消除了裂紋與孔隙并與基體呈冶金結(jié)合的鎳基納米WC/Co復(fù)合涂層。公開號為 CN101338425的中國發(fā)明專利申請給出的《鐵路道岔滑床板表面耐磨抗蝕合金涂層激光熔覆工藝》，包括以下工藝過程:首先滑床板表面預(yù)處理，即在室溫下對滑床板表面進(jìn)行除油除銹，并用酒精清洗干凈；然后是合金粉末的預(yù)置，即把待熔覆的鐵基、鎳基或鈷基合金粉末預(yù)置于上述處理后的滑床板表面，并用帶有導(dǎo)軌的刮尺來調(diào)整預(yù)制合金粉末，使之均勻分布在滑床板表面并具有適當(dāng)?shù)暮穸龋詽M足熔覆后涂層厚度的要求；最后是光熔覆強(qiáng)化滑床板，選用氣體CO2激光器，工作臺為數(shù)控機(jī)床，在滑床板表面進(jìn)行激光熔覆強(qiáng)化。現(xiàn)有技術(shù)給出的上述技術(shù)方案雖能利用激光熔覆工藝對部分設(shè)備部件進(jìn)行防腐耐磨涂層處理，并通過配制適當(dāng)?shù)娜鄹膊牧峡朔思す馊蹖哟嬖诘牧鸭y、氣孔和微觀結(jié)構(gòu)不均勻性的問題，取得一定的技術(shù)效果。但對其他特定的設(shè)備部件，例如像風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸這樣的特殊結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有的激光熔覆工藝已明顯不能適應(yīng)。經(jīng)本申請人檢索查證:采用激光熔覆工藝完成風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸耐磨抗蝕涂層，國內(nèi)尚無先例，國外也沒有見到相關(guān)報(bào)道。因此，尋找出適當(dāng)?shù)牟捎眉す馊鄹餐瓿娠L(fēng)力發(fā)電機(jī)軸耐磨抗蝕涂層的工藝方法，仍需所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員利用公知的激光熔覆技術(shù)，針對特定的耐磨抗蝕風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸制造或再制造課題進(jìn)一步作出創(chuàng)造性的研究工作，以便能給出能夠令人滿意的激光熔覆制造或再制造的耐磨抗蝕風(fēng)電電機(jī)軸的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種激光熔覆制造或再制造的耐磨抗蝕風(fēng)電電機(jī)軸的方法。本發(fā)明利用高功率CO2激光器在40Cr、35CrMo材質(zhì)的風(fēng)電電機(jī)軸上熔覆一層耐磨抗蝕涂層的方法。該方法可制備與基體形成冶金結(jié)合的耐磨涂層，從而顯著改善或提高風(fēng)電電機(jī)軸的耐蝕、耐磨及抗氧化特性，達(dá)到風(fēng)電電機(jī)的使用要求。

本發(fā)明給出的技術(shù)方案是:這種激光熔覆制造或再制造的耐磨抗蝕風(fēng)電電機(jī)軸的方法，其特點(diǎn)是包括以下過程。(I)電機(jī)軸表面預(yù)處理。在室溫下用車床對風(fēng)電電機(jī)軸的銹蝕或劃傷部位進(jìn)行機(jī)加處理，用超聲波探傷法對風(fēng)電電機(jī)軸進(jìn)行檢驗(yàn)，要求電機(jī)軸無裂紋、氣孔、夾雜等缺陷。(2)合金粉末的選擇和重力送粉裝置的調(diào)節(jié)。選用耐磨性與電機(jī)軸性能相匹配的合金粉末作為工作層，該合金粉末成分為:C1.05 1.15，Cr 16 22，Si 0.8 1.0，W 1.0 1.4，Mn 0.5 0.7，Mo 1.0 1.2，Ni3 5，V 0.10 0.20，余量為Fe。調(diào)節(jié)重力送粉裝置，預(yù)置送粉，調(diào)節(jié)送粉量，使合金粉末涂層的厚度達(dá)到0.8一 1.1mm。(3)高功率激光器熔覆耐磨合金層。選用高功率CO2激光器，以數(shù)控機(jī)床為工作臺，用有紅旗紙燒斑法選取最佳的激光模式，然后利用高功率CO2激光成套設(shè)備熔覆耐磨合金層；采取重力送粉方式預(yù)置合金粉末，具體工藝參數(shù)如下。聚焦鏡f = 200 400。熔覆功率P=3000 5000W。光斑直徑D=L 5 3.5mm。溶覆掃描速度V=500 1 200mm/mi n。搭接率40 60%。( 4 )熔覆后探傷檢驗(yàn)。用超聲波探傷法對風(fēng)電電機(jī)軸進(jìn)行檢驗(yàn)，要求電機(jī)軸無裂紋、夾雜、氣孔等缺陷。
本發(fā)明使用的激光器類型是高功率CO2氣體激光器，其最高功率是10000W，波長
10.6微米，可實(shí)現(xiàn)窄帶快速掃描以及寬帶矩形掃描進(jìn)行熔覆。本發(fā)明通過選取強(qiáng)度高韌性好且熱物理性能與基材相近的材料制造熔覆風(fēng)電電機(jī)軸。采用重力送粉法激光熔覆處理，在基材表面形成均勻致密的優(yōu)良耐磨抗蝕涂層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是。1、激光熔覆合金涂層均勻、致密，在滿足風(fēng)電電機(jī)軸安裝的條件下，涂層具有優(yōu)良的耐磨抗蝕性能，采用本發(fā)明技術(shù)制造或再制造的風(fēng)電電機(jī)軸能顯著提高耐磨抗蝕性能和使用壽命。2、韌性好強(qiáng)度高、基材與熔覆層材料冶金相容性好，提高風(fēng)電電機(jī)軸整體性能。與常規(guī)的表面涂覆工藝相比較，激光熔覆變形量小，激光束的功率、位置和形狀等能夠精確控制，易實(shí)現(xiàn)選區(qū)甚至微區(qū)熔覆，且涂層成分稀釋率低，涂層厚度也可準(zhǔn)確控制，屬于無接觸型處理，以及整個(gè)過程很容易實(shí)現(xiàn)自動控制；另外，激光熔覆工藝對環(huán)境無污染、無輻射、低噪聲，還具有生產(chǎn)率高、能耗低、熔覆層加工余量小、成品率高以及綜合成本低等特點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用。因此，采用激光熔覆技術(shù)將產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1。在風(fēng)電電機(jī)軸表面激光熔覆制備耐磨抗蝕涂層工藝，包括以下過程。1、電機(jī)表面預(yù)處理。在室溫下用車床對風(fēng)電電機(jī)軸的銹蝕或劃傷部位進(jìn)行機(jī)加處理。用超聲波探傷法對風(fēng)電電機(jī)軸進(jìn)行檢驗(yàn)，要求加工部位無裂紋、氣孔、夾雜等缺陷。2、合金粉末的選擇和重力送粉裝置的調(diào)節(jié)。選用耐磨性能與電機(jī)軸性能相匹配的合金粉末作為工作層，粉末成分為。C 1.05，Cr 16，Si 1.0，W 1.2，Mn 0.5，Mo 1.1，Ni 3，V 0.10，余量為 Fe。調(diào)節(jié)重力送粉裝置，預(yù)置送粉，調(diào)節(jié)送粉量，使合金粉末涂層的厚度達(dá)到0.8_。3、高功率激光器熔覆耐磨合金層。選用高功率CO2激光器，以數(shù)控機(jī)床為工作臺，用紅旗紙燒斑法選取最佳的激光模式，然后利用高功率CO2激光成套設(shè)備熔覆耐磨合金層；采取重力送粉方式預(yù)置合金粉末，具體工藝參數(shù)如下。聚焦鏡f = 300-400。熔覆功率P=4000W。光斑直徑D=3.5mm。溶覆掃描速度V=1000mm/min。搭接率50%。實(shí)施例2。在風(fēng)電電機(jī)軸表面激光熔覆制備耐磨抗蝕涂層工藝，包括以下過程。

1、電機(jī)表面預(yù)處理。在室溫下用車床對風(fēng)電電機(jī)軸的銹蝕或劃傷部位進(jìn)行機(jī)加處理。
用超聲波探傷法對風(fēng)電電機(jī)軸進(jìn)行檢驗(yàn)，要求加工部位無裂紋、氣孔、夾雜等缺陷。2、合金粉末的選擇和自動送粉裝置的調(diào)節(jié)。選用耐磨性且與電機(jī)軸性能相匹配的合金粉末作為工作層，粉末成分為。C 1.10，Cr 20，Si 0.9，W 1.0，Mn 0.6，Mo 1.2，Ni 4，V 0.15，余量為 Fe。調(diào)節(jié)重力送粉裝置，預(yù)置送粉。調(diào)節(jié)送粉量，使合金粉末涂層的厚度達(dá)到0.9_。3、高功率激光器熔覆耐磨合金層。選用高功率CO2激光器，以數(shù)控機(jī)床為工作臺，用紅旗紙燒斑法選取最佳的激光模式，然后利用高功率CO2激光成套設(shè)備熔覆耐磨合金層；采取重力送粉方式預(yù)置合金粉末，具體工藝參數(shù)如下。聚焦鏡f = 300-400。熔覆功率P=4000W。光斑直徑D=3.5mm。溶覆掃描速度V=1200mm/min。搭接率50%。實(shí)施例3。在風(fēng)電電機(jī)軸表 面激光熔覆制備耐磨抗蝕涂層工藝，包括以下過程。1、電機(jī)表面預(yù)處理。在室溫下用車床對風(fēng)電電機(jī)軸的銹蝕或劃傷部位進(jìn)行機(jī)加處理。用超聲波探傷法對風(fēng)電電機(jī)軸進(jìn)行檢驗(yàn)，要求加工部位無裂紋、氣孔、夾雜等缺陷。2、合金粉末的選擇和自動送粉裝置的調(diào)節(jié)。選用耐磨性且與電機(jī)軸性能相匹配的合金粉末作為工作層，粉末成分為。C 1.15，Cr 22，Si0.8，W 1.4，Mn 0.7，Mo 1.0，Ni 5，V 0.2，余量為 Fe。調(diào)節(jié)重力送粉裝置，預(yù)置送粉。調(diào)節(jié)送粉量，使合金粉末涂層的厚度達(dá)到1.1_。3、高功率激光器熔覆耐磨合金層。選用高功率CO2激光器，以數(shù)控機(jī)床為工作臺，用紅旗紙燒斑法選取最佳的激光模式，然后利用高功率CO2激光成套設(shè)備熔覆耐磨合金層；采取重力送粉方式預(yù)置合金粉末，具體工藝參數(shù)如下。聚焦鏡f = 300-400。熔覆功率P=4000W。光斑直徑D=3.5mm。溶覆掃描速度V=1200mm/min。搭接率50%。
權(quán)利要求
1.一種激光熔覆制造或再制造的耐磨抗蝕風(fēng)電電機(jī)軸的方法，其特征在于在于包括以下過程: (1)電機(jī)軸表面預(yù)處理 在室溫下用車床對風(fēng)電電機(jī)軸的銹蝕或劃傷部位進(jìn)行機(jī)加處理，用超聲波探傷法對風(fēng)電電機(jī)軸進(jìn)行檢驗(yàn)，要求電機(jī)軸無裂紋、氣孔、夾雜等缺陷； (2)合金粉末的選擇和重力送粉裝置的調(diào)節(jié) 選用耐磨性與電機(jī)軸性能相匹配的合金粉末作為工作層，該合金粉末成分為:C 1.05 1.15，Cr 16 22，Si 0.8 1.0，W 1.0 1.4，Mn 0.5 0.7，Mo 1.0 1.2,Ni 3 5，V 0.10 0.20，余量為Fe ;調(diào)節(jié)重力送粉裝置，預(yù)置送粉，調(diào)節(jié)送粉量，使合金粉末涂層的厚度達(dá)到0.8一1.1mm ； (3 )高功率激光器熔覆耐磨合金層 選用高功率CO2激光器，以數(shù)控機(jī)床為工作臺，用有紅旗紙燒斑法選取的激光模式，然后利用高功率CO2激光成套設(shè)備熔覆耐磨合金層，采取重力送粉方式預(yù)置合金粉末，具體工藝參數(shù)如下: 聚焦鏡f = 200 400， 熔覆功率P=3000 5000W 光斑直徑D=L 5 3.5mm , 熔覆掃描速度V=500 1200mm/min， 搭接率40 60% ； (4)溶覆后探傷檢驗(yàn) 用超聲波探傷法對風(fēng)電電機(jī)軸進(jìn)行檢驗(yàn)，要求電機(jī)軸無裂紋、夾雜、氣孔等缺陷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光熔覆制造或再制造的耐磨抗蝕風(fēng)電電機(jī)軸的方法，其特點(diǎn)是包括以下過程(1)電機(jī)軸表面預(yù)處理，(2)選用耐磨性與電機(jī)軸性能相匹配的合金粉末作為工作層，調(diào)節(jié)重力送粉裝置，預(yù)置送粉，(3)高功率激光器熔覆耐磨合金粉末，(4)熔覆后用超聲波探傷法對風(fēng)電電機(jī)軸進(jìn)行檢驗(yàn)。本發(fā)明用高功率CO2激光器在風(fēng)電電機(jī)軸上熔覆一層與基體形成冶金結(jié)合的耐磨抗蝕涂層，從而顯著改善或提高風(fēng)電電機(jī)軸的耐蝕、耐磨及抗氧化特性，達(dá)到風(fēng)電電機(jī)的使用要求，具有生產(chǎn)率高、能耗低、熔覆層加工余量小、成品率高以及綜合成本低等特點(diǎn)。
文檔編號C23C24/10GK103194747SQ201210004249
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者陶興啟, 黃旭東, 廖運(yùn)生, 陳海濤 申請人:沈陽大陸激光成套設(shè)備有限公司