曲軸修複方案:激光熔覆技術

對於曲軸的修複,若采用等離子噴塗修複。塗層和基體的結合強度不夠,回裝後,可能影響設備的安全運行。而采用表麵堆焊的方法修複,很難保證修複層的耐磨性和基體不產生裂紋。鑒於這些情況,采用激光熔覆工藝修複成為首選的可行方案。采用激光熔覆修複,首先應該了解工件失效原因、工件材質、先前的熱處理狀態、熔覆位置尺寸和形狀、熔覆的工藝和性能要求等;在此基礎上確定修複方案,包括修複前機加工方法、工藝過程中工件溫度控製、熔覆後熱處理方法、熔覆焊材、送粉方法、激光掃描方式、激光功率、掃描速度、光斑大小、單層熔覆厚度、機加工餘量控製等。

具體修複實例

  2011 年1 月,煉油廠重整芳烴車間有一根曲軸,急需修複。該曲軸工作時,由於油內進入雜質,導致其中一個軸頸位置嚴重磨損,急需修複。曲軸材質為45# 鍛件,材料鍛造後經過回火、正火熱處理,材料硬度為HB162-187,修複部位曲拐與回轉中心線之間的平行度要求小於0.03 mm ,曲拐圓柱度要求小於0.014 mm,曲拐中軸線與工件回轉中心線偏心位置度要求在140±0.2 mm。曲拐修複後主要尺寸精度應達到259.9 mm 至259.84 mm。表麵粗糙度應小於0.08 mm。修複部位曲拐總長度為150 mm。同時要求激光熔覆時候必須避開曲拐連接部位圓弧倒角5 mm,以免出現應力集中。

  曲軸的激光熔覆修複工藝過程如下:

  (1)做外觀品質檢驗:肉眼觀察是否有明顯的鏽蝕、劃傷、磕碰、補焊等現象;然後進行著色探傷檢查工件表麵是否存在裂紋、氣孔、砂眼等缺陷;再用便攜硬度計檢測工件需熔覆位置及周邊的硬度。

  (2)曲軸熔覆麵的表麵前處理。去除表麵氧化層,采用手工磨削加工,再用丙酮清除表麵的雜物。

  (3)裝卡待熔覆曲軸,調整激光光路,編製熔覆程序。

  (4)在45# 鋼的樣件上進行工藝試驗,製作激光熔覆試樣,進行硬度梯度、金相、強度試驗、耐磨、耐疲勞試驗等分析,優化激光熔覆工藝,直到達到工藝要求。

  (5)進行激光熔覆,在熔覆過程中的具體工藝如下:激光功率2 000 W;掃描速度220 ~ 500 mm/min;光斑大小Φ3 ~ 6 mm,合金粉末為鐵基自熔性合金粉末XS-320,送粉量8 ~ 40 g/min,搭接量:35 ~ 40 %。熔覆過程中氬氣保護熔池,送氣壓力:0.05 MPa。

  (6)檢查激光熔覆表麵的品質,對於表麵個別缺陷進行局部修複,檢測熔覆後尺寸,保證熔覆麵加工後熔覆層厚度能夠達到要求。 

後續加工缺陷

  用激光熔覆完成對曲軸的修複,熔覆層的厚度、平整度和曲軸熔覆時候產生的溫度都符合要求。但是在後續加工方麵,存在一定的缺陷,在後續加工中,除了軸頸表麵尺寸精度和表麵粗糙度要符合技術要求外,還必須達到形位公差的要求:磨削曲軸時候,必須保證主軸頸和連杆軸頸各軸心線的同軸度及兩軸心線之間的平行度,限製曲軸半徑誤差。並保證連杆軸頸相互位置夾角的精度。因此,曲軸的磨削都是在專門的曲軸磨床上進行的,但是目前石化公司沒有這樣的設備,對於曲軸的後續加工,隻能通過手工研磨的方式處理。這樣加工後的曲軸,雖然能夠使用,但是使用效果是要打一定折扣的。(7)在熔覆完成後,用石棉布對熔覆後的表麵進行保溫,讓工件緩冷以減小殘餘熱應力。在加工過程中,隨時觀察熔覆狀況,包括熔覆層厚度、平整度、搭接率、工件溫度、反射光位置等,控製熔覆的加工節奏。熔覆完成後,肉眼觀察熔覆層是否有高點、低窪點或咬邊等現象,著色探傷熔覆層表麵是否存在裂紋缺陷,便攜硬度計初步檢測熔覆層的硬度,檢測工件的尺寸精度和位置精度,均符合要求。最後將熔覆完成後的工件用手工打磨的方式達到工件最終尺寸精度和光潔度等要求。該曲軸回裝完成後,達到使用要求。

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