曲轴修复方案：激光熔覆技术

对于曲轴的修复，若采用等离子喷涂修复。涂层和基体的结合强度不够，回装后，可能影响设备的安全运行。而采用表面堆焊的方法修复，很难保证修复层的耐磨性和基体不产生裂纹。鉴于这些情况，采用激光熔覆工艺修复成为首选的可行方案。采用激光熔覆修复，首先应该了解工件失效原因、工件材质、先前的热处理状态、熔覆位置尺寸和形状、熔覆的工艺和性能要求等；在此基础上确定修复方案，包括修复前机加工方法、工艺过程中工件温度控制、熔覆后热处理方法、熔覆焊材、送粉方法、激光扫描方式、激光功率、扫描速度、光斑大小、单层熔覆厚度、机加工余量控制等。

具体修复实例

　　2011 年1 月，炼油厂重整芳烃车间有一根曲轴，急需修复。该曲轴工作时，由于油内进入杂质，导致其中一个轴颈位置严重磨损，急需修复。曲轴材质为45# 锻件，材料锻造后经过回火、正火热处理，材料硬度为HB162-187，修复部位曲拐与回转中心线之间的平行度要求小于0.03 mm ，曲拐圆柱度要求小于0.014 mm，曲拐中轴线与工件回转中心线偏心位置度要求在140±0.2 mm。曲拐修复后主要尺寸精度应达到259.9 mm 至259.84 mm。表面粗糙度应小于0.08 mm。修复部位曲拐总长度为150 mm。同时要求激光熔覆时候必须避开曲拐连接部位圆弧倒角5 mm，以免出现应力集中。

　　曲轴的激光熔覆修复工艺过程如下：

　　（1）做外观品质检验：肉眼观察是否有明显的锈蚀、划伤、磕碰、补焊等现象；然后进行着色探伤检查工件表面是否存在裂纹、气孔、砂眼等缺陷；再用便携硬度计检测工件需熔覆位置及周边的硬度。

　　（2）曲轴熔覆面的表面前处理。去除表面氧化层，采用手工磨削加工，再用丙酮清除表面的杂物。

　　（3）装卡待熔覆曲轴，调整激光光路，编制熔覆程序。

　　（4）在45# 钢的样件上进行工艺试验，制作激光熔覆试样，进行硬度梯度、金相、强度试验、耐磨、耐疲劳试验等分析，优化激光熔覆工艺，直到达到工艺要求。

　　（5）进行激光熔覆，在熔覆过程中的具体工艺如下：激光功率2 000 W；扫描速度220 ~ 500 mm/min；光斑大小Φ3 ~ 6 mm，合金粉末为铁基自熔性合金粉末XS-320，送粉量8 ~ 40 g/min，搭接量：35 ~ 40 %。熔覆过程中氩气保护熔池，送气压力：0.05 MPa。

　　（6）检查激光熔覆表面的品质，对于表面个别缺陷进行局部修复，检测熔覆后尺寸，保证熔覆面加工后熔覆层厚度能够达到要求。 

后续加工缺陷

　　用激光熔覆完成对曲轴的修复，熔覆层的厚度、平整度和曲轴熔覆时候产生的温度都符合要求。但是在后续加工方面，存在一定的缺陷，在后续加工中，除了轴颈表面尺寸精度和表面粗糙度要符合技术要求外，还必须达到形位公差的要求：磨削曲轴时候，必须保证主轴颈和连杆轴颈各轴心线的同轴度及两轴心线之间的平行度，限制曲轴半径误差。并保证连杆轴颈相互位置夹角的精度。因此，曲轴的磨削都是在专门的曲轴磨床上进行的，但是目前石化公司没有这样的设备，对于曲轴的后续加工，只能通过手工研磨的方式处理。这样加工后的曲轴，虽然能够使用，但是使用效果是要打一定折扣的。（7）在熔覆完成后，用石棉布对熔覆后的表面进行保温，让工件缓冷以减小残余热应力。在加工过程中，随时观察熔覆状况，包括熔覆层厚度、平整度、搭接率、工件温度、反射光位置等，控制熔覆的加工节奏。熔覆完成后，肉眼观察熔覆层是否有高点、低洼点或咬边等现象，着色探伤熔覆层表面是否存在裂纹缺陷，便携硬度计初步检测熔覆层的硬度，检测工件的尺寸精度和位置精度，均符合要求。最后将熔覆完成后的工件用手工打磨的方式达到工件最终尺寸精度和光洁度等要求。该曲轴回装完成后，达到使用要求。

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