激光熔覆技術修復進口大馬力拖拉機關鍵零件工藝的研究

馬余雷

摘 要：簡單介紹激光熔覆技術及其特點和在修復零件方面的應用，結合激光熔覆技術修復進口大馬力拖拉機曲軸典型實例，重點介紹激光熔覆技術修復曲軸時的材料選取、工藝制定、工藝實施，提出了發展激光熔覆技術修復機械零件的可行性及其深遠意義 。

關鍵詞：激光熔覆；大馬力拖拉機；曲軸

中圖分類號：TG174 文獻標識碼：Adoi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.08.003

0 引言

隨著農機化的快速發展，大馬力拖拉機在農村的保有量逐年增加，而拖拉機的維修也出現了不少問題，現在的修理廠只是簡單的拆裝與換件，像發動機曲軸磨損后無力解決，只能更換曲軸，而更換進口曲軸的費用大，且比較費時，往往需要很長時間。激光熔覆是目前廣泛使用的用于軸類修復的高新技術。激光熔覆技術是指以不同的填料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經激光輻照使之和基體表面一層同時熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低、與基體成冶金結合的表面熔覆層，從而增加基體缺損位尺寸也可顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性等的工藝方法。激光熔覆技術具有較低稀釋率、熱影響區小、與基面形成冶金結合、熔覆件扭曲變形比較小、過程易于實現自動化等優點。而激光熔覆修復的技術關鍵是修復材料的選取和修復工藝的制定。現結合具體實例從熔覆材料選取、工藝的制定及實施，介紹激光熔覆技術在農業機械維修中的應用。

1 熔覆粉末的選取

在進行試驗的過程中，采用了不同的粉末進行試驗對比，對比后根據熔覆層成形質量、磨削后軸頸的表面質量和表面硬度，進行最后的選取。然后，根據選取的熔覆粉末牌號再進行試驗，試驗其重復性，如果重復性比較好，那么就最終確定該粉末為要選取的熔覆粉末。

在試驗的過程中，我們一共選用了以下三種粉末進行試驗，即Fe基粉末Fe103、Fe104和Ni基粉末Ni60。將Fe104粉末、Ni60粉末、Fe103粉末用同一種工藝規范和工藝參數對曲軸的主軸頸進行修復試驗，對比一下三種不同材質的熔覆粉末修復效果，試驗后發現，在Fe基粉末、Ni基粉末的對比試驗中，Fe104修復主軸頸后，各項技術指標最佳。 所以，根據對比試驗后確定修復曲軸軸頸的激光熔覆選取Fe104熔覆粉末。根據不同的粉末利用同一種技術參數進行正交試驗，從而確定最佳工藝中的技術參數，具體數據記錄在綜合性能試驗報告中。

2 最佳工藝參數和工藝規范的確定

根據選取的材料進行實驗，實驗報告如下：

實驗目的：激光熔覆技術修復進口大馬力拖拉機曲軸工藝研究。

2.1 實驗對象

曲軸：材質為45#鋼；

Fe基合金粉末：牌號為粉XY-26F-103、XY-26F-104，規格為80/270目；Ni基合金粉末Ni60A，規格為80/270目。

2.2 主要的儀器設備

（1）激光器

類型：CO2激光器；

型號：GS-TFL-6000；

技術參數：

激光波長：10.6 μm；

額定激光功率：6000 W；

激光功率范圍：200～6500 W；

激光功率不穩定性在-3%～3%之間。

（2）激光熔覆成套設備

型號：HANSGS-TEL-H6000，包括： JGX-1激光功率顯示、檢測儀、數控加工機床、導光系統、多功能控制臺、HC900型風冷冷水機組、自動重力送粉器。

（3）其他設備

如顯微維化硬度計、金相顯微鏡等。

2.3 試驗方法和步驟

（1）檢查電路、水路、氣路等是否正常。

（2）制備試件，用曲軸磨床將曲軸主軸徑表面磨損部分和疲勞層磨掉，將曲軸磨至實驗設計的尺寸。

（3）選擇和預置合金粉末，將選好的粉未放入送粉器內，調好送粉參數，設定熔覆層厚度約為0.7 mm，準備實驗。

（4）確定熔覆工藝參數，根據所熔覆粉末成分，選擇激光功率分別為3800 W、4200 W、4800 W，掃描速度（定功率為3800 W）分別為8 mm/s、10 mm/s、12 mm/s，熔覆的軸徑為5道，掃描軌跡為直線，根據實驗方案，編制數控熔覆程序。

（5）調整轉胎，卡好試件，戴好防護眼鏡，做好防護工作。

（6）按照實驗方案（如表1）進行激光熔覆，制備熔覆層；按照設備操作步驟和防護要求，開啟激光熔覆設備，調整激光頭垂直位置，正離焦量約為45 mm，在生銹鋼板上打光斑，確定光斑尺寸為4 mm；輸入并調試數控加工程序，將激光頭水平移至曲軸上方選定位置，按照確定的工藝參數，調好激光功率，運行數控程序，自動進行激光熔覆。

（7）及時收集數據，做好有關記錄。①對熔覆試件軸徑統一編號，并做上標記；②對照試件，準確記錄試件每個軸徑的熔覆條件，包括試件的材質、形狀尺寸，熔覆合金粉末的型號、成分、熔覆厚度、激光功率、掃描速度、光斑尺寸等；③仔細觀察熔覆層的形貌，測量熔覆層厚度、寬度。

（8）分別用曲軸磨床將熔覆層磨削至標準尺寸，制備金相試樣。

（9）觀察熔覆層和熱影響區微觀組織，測量熔覆層顯微硬度沿熔覆層厚度方向，由表及里間隔02 mm 測量硬度值。

（10）對實驗結果進行討論分析，撰寫實驗報告。

3 試驗結果與分析

3.1 實驗結果

熔覆層的形狀和尺寸見表2，熔覆層的顯微硬度值如表3所示。

3.2 試驗結果分析

熔覆速度一定時，隨功率增加，熔覆層寬度增加，連續性及光滑程度更好；功率一定時，熔覆速度增加，熔覆層寬度明顯減小，不連續。總體上，激光熔覆熱輸入較小，熔覆效果及成形狀況很好。熔覆層約有0.7 mm，表面上沒有宏觀裂紋出現。

3.3 工藝參數和工藝規范的確定

根據綜合性能試驗的結果，確定了最佳的工藝參數和工藝規范為：功率4200 W、掃描速度10 mm/s，光斑直徑4 mm。

4 結論

通過實踐證明，應用激光熔覆技術來修復進口大馬力拖拉機的發動機曲軸是可行的。激光熔覆工藝修復后曲軸質量達到或超過新品。修復后不但能延長產品的使用壽命，提高產品技術性能和附加值，最終以最低的成本、最少的能源資源消耗完成產品的全壽命周期。修復后零部件的性能和質量均能達到甚至超過原品，而成本卻只有新品的1/3甚至1/4，節能達到60%以上，節材70%以上。同時，由于費用的降低使用戶愿意及時對車輛進行維修，保證車輛始終保持良好的技術狀態，降低燃油消耗，減少尾氣對環境的污染，達到節能環保的目的，因此在農機維修中推廣應用激光熔覆技術具有十分重要的意義。