本發(fā)明涉及表面工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種港機(jī)走輪激光熔覆不銹鋼涂層的方法。

背景技術(shù)：

走輪是船舶及港機(jī)起吊裝備上應(yīng)用廣泛的部件之一，每年報(bào)廢的走輪部件量很大，這些走輪部件的報(bào)廢大多是因?yàn)樽咻喞K槽表面磨損或疲勞而引起的尺寸超差或表面性能失效，但受損面經(jīng)修復(fù)強(qiáng)化后可繼續(xù)服役。目前采用的修復(fù)或強(qiáng)化技術(shù)主要是堆焊和熱噴涂。堆焊法修復(fù)時(shí)的熱輸入大，導(dǎo)致部件的熱影響區(qū)大、變形嚴(yán)重，甚至開裂，基體材料的性能降低明顯。熱噴涂法，雖然能解決變形和開裂問題，但是涂層與基體是半冶金結(jié)合，結(jié)合力較弱，涂層容易剝落，導(dǎo)致部件失效。

因此，急需開發(fā)新的低熱輸入、涂層結(jié)合力高的涂層制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是要提供一種港機(jī)走輪激光熔覆不銹鋼涂層的方法，本發(fā)明的方法低熱輸入、低變形、涂層與基體冶金且涂層無缺陷、耐磨性能高、自動(dòng)化程度高。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種港機(jī)走輪激光熔覆不銹鋼涂層的方法，包括：

步驟一，對(duì)走輪的表面進(jìn)行前處理；

步驟二，通過150目篩處理fecrni不銹鋼粉末，將處理后的所述不銹鋼粉末放入烘干箱內(nèi)，在100℃下保溫30～60分鐘，冷至室溫后得到熔覆用粉末并放入送粉罐中；

步驟三，對(duì)所述走輪進(jìn)行感應(yīng)加熱，之后進(jìn)行保溫緩冷，使得所述走輪達(dá)到90～110℃的溫度范圍；

步驟四，采用固定固體光纖激光器和所述熔覆用粉末對(duì)所述走輪的表面進(jìn)行螺旋多道搭接的激光熔覆；所述固體光纖激光器的激光功率為2800～3200w，掃描線速度3.5～5.0mm/s；所述螺旋多道搭接的搭接率15％～20％，所述送粉罐的送粉量35～50g/min。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的方法，還包括：步驟五，對(duì)激光熔覆后的走輪進(jìn)行保溫處理，保溫溫度150℃，保溫時(shí)間180min，后隨保溫棉自然冷卻至室溫。

進(jìn)一步地，在所述步驟四中，激光熔覆保護(hù)氣和送粉氣為氬氣，氣流量為2l/min～3l/min。

進(jìn)一步地，所述熔覆用粉末的重量百分比組分如下：

c：0.03～0.08％；

si：0.8～1.0％；

ni：8～12％；

cr：18～20％；

fe：余量。

進(jìn)一步地，所述熔覆用粉末的熔點(diǎn)為960℃，hrc硬度為50～55。

進(jìn)一步地，所述步驟四的所述螺旋多道搭接的激光熔覆中，

在完成一道熔覆之后，對(duì)螺旋搭接未熔覆到位的邊緣處進(jìn)行補(bǔ)邊熔覆；在進(jìn)行下一道熔覆之前，去除熔覆層表面的熔渣，并測(cè)定所述走輪的溫度，使得所述走輪達(dá)到90～110℃的溫度范圍。

進(jìn)一步地，所述前處理包括：去除所述走輪的表面受損層，并進(jìn)行表面清洗。

進(jìn)一步地，上述的方法中，所述表面受損層包括：氧化銹蝕層和疲勞開裂層。

進(jìn)一步地，在所述步驟四之前還包括：用壓縮空氣對(duì)所述走輪進(jìn)行浮塵清理。

本發(fā)明實(shí)施例具有以下技術(shù)效果：

1)熱輸入低、變形小。與傳統(tǒng)電弧堆焊相比，激光熔覆過程中，熱源為激光束，由于激光束能量集中，且作用范圍精確控制，熱輸入低，避免了涂層組織粗大，并有效的控制了變形。

2)涂層結(jié)合力高，使用壽命長。與傳統(tǒng)的熱噴涂相比，激光熔覆獲得的涂層與走輪基材間實(shí)現(xiàn)了良好的冶金結(jié)合，涂層與走輪基材結(jié)合力高，涂層不易剝落，極大的提高了涂層的使用壽命。

3)涂層稀釋率低，耐磨性能好。因激光熱輸入小，基體熱影響區(qū)范圍較小，涂層稀釋率小，同時(shí)，涂層組織致密，無裂紋等缺陷存在，涂層耐磨性能好。

4)效率高、軟化區(qū)小，硬度高。

根據(jù)下文結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)更加明了本發(fā)明的上述以及其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征。

附圖說明

后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細(xì)描述本發(fā)明的一些具體實(shí)施例。附圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示了相同或類似的部件或部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中：

圖1是本發(fā)明方法實(shí)施例的步驟流程圖；

圖2是本發(fā)明方法實(shí)施例的工藝裝置示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1是本發(fā)明方法實(shí)施例的步驟流程圖，如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種港機(jī)走輪激光熔覆不銹鋼涂層的方法，包括：

s101，對(duì)走輪的表面進(jìn)行前處理；

s102，通過150目篩處理fecrni不銹鋼粉末，將處理后的所述不銹鋼粉末放入烘干箱內(nèi)，在100℃下保溫30～60分鐘，冷至室溫后得到熔覆用粉末并放入送粉罐中；

s103，對(duì)所述走輪進(jìn)行感應(yīng)加熱，之后進(jìn)行保溫緩冷，使得所述走輪達(dá)到90～110℃的溫度范圍；

s104，采用固定固體光纖激光器和所述熔覆用粉末對(duì)所述走輪的表面進(jìn)行螺旋多道搭接的激光熔覆；所述固體光纖激光器的激光功率為2800～3200w，掃描線速度3.5～5.0mm/s；所述螺旋多道搭接的搭接率15％～20％，所述送粉罐的送粉量35～50g/min。

本發(fā)明所采用的方法熱輸入低，變形小，熱源為激光束，激光束能量集中，作用范圍精確可控，避免涂層組織粗大，有效的控制了變形。fecrni不銹鋼粉末通過激光熔覆獲得涂層，與走輪基材間實(shí)現(xiàn)了良好的冶金結(jié)合，涂層與走輪基材結(jié)合力高，涂層不易剝落，極大的提高了涂層的使用壽命。本發(fā)明采用激光熔覆，激光熱輸入小，基體熱影響區(qū)范圍小，涂層稀釋率低，涂層組織致密，無裂紋等缺陷，涂層耐磨性能好，具有效率高、軟化區(qū)小，硬度高的特點(diǎn)。

在一些說明性實(shí)施例中，還包括：s105，對(duì)激光熔覆后的走輪進(jìn)行保溫處理，保溫溫度150℃，保溫時(shí)間180min，后隨保溫棉自然冷卻至室溫。

在一些說明性實(shí)施例中，在s104中，激光熔覆保護(hù)氣和送粉氣為氬氣，氣流量為2l/min～3l/min。

在一些說明性實(shí)施例中，所述固體光纖激光器輸出的光斑為22×1.5mm²。所述固體光纖激光器的離焦量為0。

本發(fā)明的方法采用22×1.5mm²的寬矩形光斑螺旋搭接法熔覆，提高了加工效率。有效控制搭接率在15％～20％的范圍內(nèi)，減少搭接軟化區(qū)尺寸，得到組織均勻、晶粒細(xì)小的熔覆組織，進(jìn)一步提高走輪工作面的硬度和耐磨性能，熔覆層表層最高硬度能達(dá)到hrc57～58，使得走輪的耐磨性能提高1倍以上。

在一些說明性實(shí)施例中，所述熔覆用粉末的重量百分比組分如下：

c：0.03～0.08％；

si：0.8～1.0％；

ni：8～12％；

cr：18～20％；

fe：余量。

在一些說明性實(shí)施例中，所述熔覆用粉末的熔點(diǎn)為960℃，hrc硬度為50～55。

在一些說明性實(shí)施例中，s104的所述螺旋多道搭接的激光熔覆中，

在完成一道熔覆之后，對(duì)螺旋搭接未熔覆到位的邊緣處進(jìn)行補(bǔ)邊熔覆；在進(jìn)行下一道熔覆之前，去除熔覆層表面的熔渣，并測(cè)定所述走輪的溫度，使得所述走輪達(dá)到90～110℃的溫度范圍。

在一些說明性實(shí)施例中，所述前處理包括：去除所述走輪的表面受損層，并進(jìn)行表面清洗。

在一些說明性實(shí)施例中，所述表面受損層包括：氧化銹蝕層和疲勞開裂層。

在一些說明性實(shí)施例中，在s104之前還包括：用壓縮空氣對(duì)所述走輪進(jìn)行浮塵清理。

實(shí)施例1

一種港機(jī)走輪激光熔覆不銹鋼涂層的方法，包括：

步驟一，前處理：機(jī)械去除走輪表面的氧化銹蝕層、疲勞開裂層，進(jìn)行磁粉探傷或滲透探傷，確保待修復(fù)表面無氣孔裂紋等缺陷存在，對(duì)走輪進(jìn)行尺寸及形位公差檢測(cè)記錄，對(duì)照走輪設(shè)計(jì)圖紙確定待修復(fù)位置及尺寸要求，然后清洗待修復(fù)表面及周圍相關(guān)區(qū)域，使走輪表面清潔；

步驟二，通過150目篩處理fecrni不銹鋼粉末，將處理后的所述不銹鋼粉末放入烘干箱內(nèi)，在100℃下保溫30分鐘，冷至室溫后得到熔覆用粉末并放入送粉罐中；

步驟三，對(duì)清理干凈的走輪進(jìn)行感應(yīng)加熱處理，設(shè)定加熱溫度200℃，加熱時(shí)間60min，保溫緩冷30min，用壓縮空氣清理工件表面浮沉浮塵，獲得待激光熔覆的走輪，使得所述走輪達(dá)到90～110℃的溫度范圍；

步驟四，采用固定固體光纖激光器和所述熔覆用粉末對(duì)所述走輪的表面進(jìn)行螺旋多道搭接的激光熔覆；所述固體光纖激光器的激光功率為2800w，輸出的光斑為22×1.5mm²，離焦量0，掃描線速度3.5mm/s，所述螺旋多道搭接的搭接率20％，所述送粉罐的送粉量35g/min。激光熔覆保護(hù)氣和送粉氣選用氬氣，氣流量為2l/min，采用螺旋多道搭接法進(jìn)行熔覆加工，獲得激光熔覆后的走輪；

步驟五，對(duì)激光熔覆后的走輪進(jìn)行保溫處理，保溫溫度150℃，保溫時(shí)間180min，后隨包裹其的保溫棉自然冷卻至室溫。

其中，fecrni粉末主要成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為，c：0.03％；si：0.8％；ni：8％；cr：18％；fe：余量。粉末熔點(diǎn)965℃，粉末hrc硬度50～52。

實(shí)驗(yàn)表明，采用以上配比的fecrni粉末，能達(dá)到955-965℃的最佳粉末熔點(diǎn)，在960℃熔點(diǎn)時(shí)，既能保障熔覆結(jié)合強(qiáng)度，又不損害走輪基體內(nèi)部深度結(jié)構(gòu)，能得到最佳的熔覆冶金結(jié)合，hrc硬度50～60能夠保障走輪熔覆后的表面強(qiáng)度，使得熔覆后的走輪具有超過普通走輪的壽命。

圖2示出了本發(fā)明方法實(shí)施例的工藝裝置示意圖，如圖2所示，激光頭1從左向右橫向移動(dòng)，走輪基體5隨變位機(jī)卡盤轉(zhuǎn)動(dòng)，激光束2輻照走輪基體5表面上的fecrni不銹鋼粉末3上，激光束2離開，fecrni不銹鋼粉末3凝固成熔覆層4。

表1為實(shí)施例1的走輪力學(xué)性能測(cè)試和表面滲透探傷結(jié)果。

表1力學(xué)性能測(cè)試和表面滲透探傷結(jié)果

采用實(shí)施例1的方法及參數(shù)，探傷結(jié)果均為無裂紋。

實(shí)施例2

一種走輪激光熔覆不銹鋼涂層的方法，包括以下步驟：

步驟一，前處理：機(jī)械去除走輪表面的氧化銹蝕層、疲勞開裂層，進(jìn)行磁粉探傷或滲透探傷，確保待修復(fù)表面無氣孔裂紋等缺陷存在，對(duì)走輪進(jìn)行尺寸及形位公差檢測(cè)記錄，對(duì)照走輪設(shè)計(jì)圖紙確定待修復(fù)位置及尺寸要求，然后清洗待修復(fù)表面及周圍相關(guān)區(qū)域，使走輪表面清潔；

步驟二，通過150目篩處理fecrni不銹鋼粉末，將處理后的所述不銹鋼粉末放入烘干箱內(nèi)，在200℃下加熱60min，保溫緩冷30分鐘，冷至室溫后得到熔覆用粉末并放入送粉罐中；

步驟三，對(duì)清理干凈的走輪進(jìn)行感應(yīng)加熱處理，設(shè)定加熱溫度200℃，加熱時(shí)間60min，保溫緩冷30min，用壓縮空氣清理工件表面浮沉浮塵，獲得待激光熔覆的走輪，使得所述走輪達(dá)到90～110℃的溫度范圍；

步驟四，采用固定固體光纖激光器和所述熔覆用粉末對(duì)所述走輪的表面進(jìn)行螺旋多道搭接的激光熔覆；所述固體光纖激光器的激光功率為3000w，輸出的光斑為22×1.5mm²，離焦量0，掃描線速度3.5mm/s，所述螺旋多道搭接的搭接率15％，所述送粉罐的送粉量35g/min。激光熔覆保護(hù)氣和送粉氣選用氬氣，氣流量為2l/min，采用螺旋多道搭接法進(jìn)行熔覆加工，獲得激光熔覆后的走輪；

步驟五，對(duì)激光熔覆后的走輪進(jìn)行保溫處理，保溫溫度150℃，保溫時(shí)間180min，后隨包裹其的保溫棉自然冷卻至室溫。

其中，fecrni不銹鋼粉末主要成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為，c：0.08％；si：1.0％；ni：12％；cr：20％；fe：余量；粉末熔點(diǎn)960，粉末hrc硬度52～55。

表2為實(shí)施例2的走輪力學(xué)性能測(cè)試和表面滲透探傷結(jié)果。

表2力學(xué)性能測(cè)試和表面滲透探傷結(jié)果

采用實(shí)施例2的方法及參數(shù)，探傷結(jié)果均為無裂紋。

實(shí)施例3

一種走輪激光熔覆不銹鋼涂層的方法，包括以下步驟：

步驟一，前處理：機(jī)械去除走輪表面的氧化銹蝕層、疲勞開裂層，進(jìn)行磁粉探傷或滲透探傷，確保待修復(fù)表面無氣孔裂紋等缺陷存在，對(duì)走輪進(jìn)行尺寸及形位公差檢測(cè)記錄，對(duì)照走輪設(shè)計(jì)圖紙確定待修復(fù)位置及尺寸要求，然后清洗待修復(fù)表面及周圍相關(guān)區(qū)域，使走輪表面清潔；

步驟二，通過150目篩處理fecrni不銹鋼粉末，將處理后的所述不銹鋼粉末放入烘干箱內(nèi)，在100℃下保溫30分鐘，冷至室溫后得到熔覆用粉末并放入送粉罐中；

步驟三，對(duì)清理干凈的走輪進(jìn)行感應(yīng)加熱處理，設(shè)定加熱溫度200℃，加熱時(shí)間60min，保溫緩冷30min，用壓縮空氣清理工件表面浮沉浮塵，獲得待激光熔覆的走輪，使得所述走輪達(dá)到90～110℃的溫度范圍；

步驟四，采用固定固體光纖激光器和所述熔覆用粉末對(duì)所述走輪的表面進(jìn)行螺旋多道搭接的激光熔覆；所述固體光纖激光器輸出的光斑為22×1.5mm²，激光功率2800～3200w，離焦量0，掃描線速度3.0～4.0mm/s，所述螺旋多道搭接的搭接率15～20％，所述送粉罐的送粉量35～50g/min，激光熔覆保護(hù)氣和送粉氣選用氬氣，氣流量為2～3l/min，選用同軸熔覆激光頭(光斑φ＝1.5mm)對(duì)繩槽邊緣尺寸不足處進(jìn)行補(bǔ)邊處理，同軸熔覆激光頭的激光功率1100～1500w，離焦量0，掃描線速度4.0～6.0mm/s，螺旋多道搭接的搭接率55％，送粉量3～6g/min，激光熔覆保護(hù)氣和送粉氣選用氬氣，氣流量為5l/min，采用螺旋多道搭接法進(jìn)行熔覆加工，獲得激光熔覆后的走輪；

步驟五，對(duì)激光熔覆后的走輪進(jìn)行保溫處理，保溫溫度150℃，保溫時(shí)間180min，后隨包裹其的保溫棉自然冷卻至室溫。

其中，fecrni不銹鋼粉末為預(yù)制粉末，主要成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為，c：0.03～0.08％；si：0.8～1.0％；ni：8～12％；cr：18～20％；fe：余量，合金粉末熔點(diǎn)960℃，合金粉末hrc硬度50～55。

走輪冷至室溫后檢查發(fā)現(xiàn)熔覆3層fecrni不銹鋼合金(熔覆層厚度約2.5mm)后，熔覆層搭接處及隆起部位開裂，裂紋未拉裂基材。改進(jìn)熔覆工藝方案，其他熔覆參數(shù)不變的情況下，先進(jìn)行一層鐵基軟合金粉末(hrc硬度≤20)作為過渡層再熔覆fecrni不銹鋼粉末。機(jī)加工去除熔覆合金層后，進(jìn)行二次熔覆加工，熔覆后熱處理溫度調(diào)整為200℃，保溫200min后冷卻至室溫。表3為實(shí)施例3的走輪力學(xué)性能測(cè)試和表面滲透探傷結(jié)果。

表3力學(xué)性能測(cè)試和表面滲透探傷結(jié)果

采用實(shí)施例3的方法及參數(shù)，探傷結(jié)果均為無裂紋。

由上可知，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì)：熱輸入低、變形小。激光熔覆過程中，熱源為激光束，由于激光束能量集中，且作用范圍精確控制，熱輸入低，避免了涂層組織粗大，并有效的控制了變形。涂層結(jié)合力高，使用壽命長。激光熔覆獲得的涂層與基材間實(shí)現(xiàn)了良好的冶金結(jié)合，涂層與基體結(jié)合力高，涂層不易剝落，極大的提高了涂層的使用壽命。涂層稀釋率低，耐磨性能好，因激光熱輸入小，基體熱影響區(qū)范圍較小，涂層稀釋率小，同時(shí)，熔覆層組織致密，無裂紋等缺陷存在，涂層耐磨性能好。并且效率高。激光熔覆采用寬矩形光斑(15-22mm寬光斑)螺旋搭接法熔覆，作用面積大，提高了加工效率。軟化區(qū)小，硬度高，通過有效控制搭接率可以減少搭接軟化區(qū)尺寸，得到組織均勻、晶粒細(xì)小的熔覆組織，能進(jìn)一步提高走輪工作面的硬度和耐磨性能，熔覆層表層最高硬度能達(dá)到hrc57～58，使得走輪的耐磨性能提高1倍以上。

至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發(fā)明的多個(gè)示例性實(shí)施例，但是，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合本發(fā)明原理的許多其他變型或修改。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)被理解和認(rèn)定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。