一种激光熔覆焊修复行星架外花键的方法与流程

本发明属于行星架外花键的焊接修复技术领域，尤其是涉及一种激光熔覆焊修复行星架外花键的方法。

背景技术：

行星架是采煤机摇臂中行星减速机构的重要组成部分，在工矿下属于传动机构，承受较大的载荷和扭矩，在采煤机大修过程中，截割部(摇臂)行星头行星架经常发生外花键单侧严重挤压、磨损损坏，这样导致整个行星架报废，浪费较大。因为正常情况下一个行星架的生产周期需要两个月的时间，甚至更长时间，要经过制造原料、锻造、焊接、热处理、加工等生产环节，生产工序复杂且周期较长，另外其间部分生产环节难免对环境有所污染。因此，现如今缺少一种设计合理的激光熔覆焊修复行星架外花键的方法，对行星架上的外花键中磨损的花键齿进行激光熔覆焊修复，节约成本和原材料，并且减少对环境的污染，提高了重复利用率。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种激光熔覆焊修复行星架外花键的方法，其方法步骤简单、设计合理且使用效果好，对行星架上的外花键中磨损的花键齿进行激光熔覆焊修复，节约成本和原材料，并且减少对环境的污染，提高了重复利用率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种激光熔覆焊修复行星架外花键的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：所述行星架包括行星架底座、设置在行星架底座上的连接部和设置连接部端部的外花键，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、行星架的清洗：

采用机械零件清洗机，并加入rsb-105低泡碱性金属清洗剂，对待修复的行星架进行清洗；其中，清洗时间为5min～10min；其中，待修复的行星架上的外花键包括未磨损花键齿和磨损花键齿，未磨损花键齿的数量为n′，磨损花键齿的数量为n，n′和n均为正整数，n≥2，n′≥5；

步骤二、行星架上的外花键的一次滚齿：

采用滚齿机对待修复的行星架上的多个磨损花键齿进行滚齿，得到待焊接花键齿；其中，待焊接花键齿的齿厚记作d′，d表示未磨损花键齿的齿厚；

步骤三、待焊接花键齿的清理：

对待焊接花键齿进行清理，得到待焊接的行星架；

步骤四、行星架上的外花键的修复：

步骤401、配置合金粉末；

步骤402、将待焊接的行星架安装在激光融覆焊接机上；

步骤403、在保护气体下，采用激光融覆焊接机对外花键上多个待焊接花键齿分别进行融覆焊接的方法相同，则采用激光融覆焊接机对外花键上的第i个待焊接花键齿进行融覆焊接，具体过程如下：

步骤4031、采用激光融覆焊接机，并送入合金粉末，激光熔覆头沿第i个待焊接花键齿的齿宽方向，由第i个待焊接花键齿的一端至第i个待焊接花键齿的另一端焊接，形成上一道融覆层；

步骤4032、采用激光融覆焊接机，并送入合金粉末，激光熔覆头沿第i个待焊接花键齿的齿宽方向，由第i个待焊接花键齿的另一端至第i个待焊接花键齿的一端焊接，形成下一道融覆层；其中，上一道融覆层和下一道融覆层沿第i个待焊接花键齿的齿面由齿根向齿顶方向布设，上一道融覆层和下一道融覆层之间的搭接率为55％-60％；

步骤4033、多次重复步骤4031和步骤4032，直至第i个待焊接花键齿的齿面完全覆盖，形成一层融覆层；

步骤4034、多次重复步骤4033，直至第i个待焊接花键齿熔覆焊接后的齿厚d″满足完成第i个待焊接花键齿的融覆焊接；

步骤4035、操作行星架转动，以使行星架上的外花键转动，按照步骤4031至步骤4034所述的方法，对第i+1个待焊接花键齿进行的融覆焊接；

步骤4036、多次重复步骤4035，完成n个待焊接花键齿的融覆焊接，得到待滚削外花键；其中，i和n均为正整数，1≤i<n,2≤i+1≤n；

步骤五、行星架上的外花键的二次滚齿：

步骤501、根据公式得到待滚削外花键的所需滚削厚度l；

步骤502、采用滚齿机对n个待滚削外花键分别进行第一次滚齿，得到n个第一次滚齿的花键齿；其中，将n个第一次滚齿的花键齿的齿厚记作d1，且

步骤503、采用滚齿机对n个第一次滚齿的花键齿进行第二次滚齿，得到n个第二次滚齿的花键齿；其中，将n个第二次滚齿的花键齿的齿厚记作d2，且

步骤504、采用滚齿机对n个第二次滚齿的花键齿进行第三次滚齿，得到n个修复后的花键齿，完成对外花键的修复，则得到修复后行星架；其中，将n个第三次滚齿的花键齿的齿厚记作d3，且

上述的一种激光熔覆焊修复行星架外花键的方法，其特征在于：步骤403中采用激光融覆焊接机对外花键上多个待焊接花键齿分别进行融覆焊接时，激光融覆焊接机的激光功率为3000w～4000w，保护气体为氩气，保护气体的流量范围为15l/min～25l/min，激光融覆焊接机发射激光的光斑尺寸为1.5mm～2.5mm；

激光融覆焊接机的焊接电流为200a～220a，激光融覆焊接机的离焦量的范围为5mm～10mm。

上述的一种激光熔覆焊修复行星架外花键的方法，其特征在于：步骤三中待焊接花键齿的清理，具体过程如下：

步骤301、采用锉刀或者砂轮机对待焊接花键齿进行打磨，得到打磨后外花键；其中，打磨后外花键的齿面面的粗糙度不大于12.5μm；

步骤302、将打磨后外花键放入纯净水中，并采用软毛牙刷进行刷洗，然后用纯净水冲洗三次；

步骤303、采用眼镜布蘸取丙酮溶液，对冲洗后的外花键进行擦洗；其中，擦洗时间为30min～40min，丙酮溶液的体积浓度为15％～20％；

步骤304、在室温无尘环境中，将经过擦洗的外花键进行静置，得到待焊接的行星架；其中，静置时间为3h～4h。

上述的一种激光熔覆焊修复行星架外花键的方法，其特征在于：所述激光融覆焊接机中激光熔覆头沿第i个待焊接花键齿的齿宽方向的移动速度为7m/min-8m/min。

上述的一种激光熔覆焊修复行星架外花键的方法，其特征在于：步骤五中得到修复后行星架，之后还需要对修复后行星架进行检测：

步骤a、采用里氏硬度计对修复后行星架上的外花键的表面硬度进行检测，以使修复后行星架上的外花键的表面硬度满足hrc38～hrc42；

步骤b、采用粗糙度仪对修复后行星架上的外花键的齿面粗糙度进行检测，以使修复后行星架上的外花键的齿面粗糙度不大于3.2μm；

步骤c、根据公式得到待确认跨测齿数k；其中，α表示未磨损的行星架上的外花键的压力角；

步骤d、当待确认跨测齿数0.5<k<2.5时，得到最终跨测齿数k＝2；

当待确认跨测齿数n-0.5≤k<n+0.5时，得到最终跨测齿数k，则k＝n；其中，n为自然数，且n≥3；

步骤e、采用千分尺卡住修复后外花键上的第一组k个花键齿进行一侧测量，得到第一公法线长度w1；

采用千分尺卡住修复后外花键上的第二组k个花键齿进行二侧测量，得到第二公法线长度w2；

采用千分尺卡住修复后外花键上的第三组k个花键齿进行三侧测量，得到第三公法线长度w3；其中，第一组k个花键齿、第二组k个花键齿的中心和第三组k个花键齿覆盖n个修复后的花键齿；

步骤f、根据公式得到修复后行星架上的外花键的公法线长度以使修复后行星架上的外花键的公法线长度等于未磨损的行星架上的外花键的公法线长度。

上述的一种激光熔覆焊修复行星架外花键的方法，其特征在于：步骤401中的合金粉末中各成分的重量百分数为：cu为0.09％～0.12％，mo为0.21％～0.27％，ni为2.0％～2.45％，mn为0.2％～0.3％，cr为17.0％～19.3％，co为0.25％～0.4％，余量为fe；所述合金粉末的粒度为15μm～53μm。

上述的一种激光熔覆焊修复行星架外花键的方法，其特征在于：步骤402中将待焊接的行星架安装在激光融覆焊接机上，具体过程如下：

在待焊接的行星架远离外花键的一端安装第一封板，在待焊接的行星架靠近外花键的一端安装第二封板，之后，将待焊接的行星架装夹在激光融覆焊接机上；其中，激光融覆焊接机的四爪卡盘卡装在待焊接的行星架远离外花键的一端上，激光融覆焊接机的尾座顶尖顶紧在第二封板的端面的中心，激光融覆焊接机的辊式支撑座支撑在待焊接的行星架的下部。

上述的一种激光熔覆焊修复行星架外花键的方法，其特征在于：步骤二中行星架上的外花键的一次滚齿、步骤501中第一次滚齿、步骤502中第二次滚齿和步骤503中第三次滚齿时，滚齿机的转速为45r/min～50r/min，滚齿机的进给速度为0.2mm/r～0.3mm/r。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便。

2、本发明行星架的清洗后，对行星架上的外花键进行一次滚齿，得到待焊接花键齿，并对待焊接花键齿进行清理，得到待焊接的行星架；之后将待焊接的行星架安装在激光融覆焊接机上，采用激光融覆焊接机对待焊接的行星架上的外花键进行熔覆焊接修复，得到待滚削外花键；然后对待滚削外花键分别进行第一次滚齿、第二次滚齿和第三次滚齿，得到修复后行星架，对行星架上的外花键中磨损的花键齿进行激光熔覆焊焊修复，避免整个行星架报废，节约成本和原材料，减少对环境的污染，且满足采煤机需要。

3、本发明对行星架上的外花键的二次滚齿时分别进行第一次滚齿、第二次滚齿和第三次滚齿，是为了提高滚齿的精度，以使第三次滚齿后得到修复后的花键齿满足正常的行星架上的外花键要求，也避免对滚齿机的损害。

4、本发明焊接效率高，能快速完成行星架上外花键的修复，操作过程简单，大大降低生产成本。

综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理且使用效果好，对行星架上的外花键中磨损的花键齿进行激光熔覆焊修复，节约成本和原材料，并且减少对环境的污染，提高了重复利用率。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图。

图2为本发明行星架的安装示意图。

附图标记说明:

1—行星架；1-1—行星架底座；1-2—外花键；

1-3—连接部；2-1—第一封板；2-2—第二封板；

3—激光融覆焊接机；3-1—四爪卡盘；3-2—尾座顶尖；

3-3—辊式支撑座。

具体实施方式

一种激光熔覆焊修复行星架外花键的方法，通过实施例1-实施例3进行描述。

实施例1

如图1和图2所示，本发明的方法包括以下步骤：

所述行星架1包括行星架底座1-1、设置在行星架底座1-1上的连接部1-3和设置连接部1-3端部的外花键1-2，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、行星架的清洗：

采用机械零件清洗机，并加入rsb-105低泡碱性金属清洗剂，对待修复的行星架1进行清洗；其中，清洗时间为5min；其中，待修复的行星架1上的外花键1-2包括未磨损花键齿和磨损花键齿，未磨损花键齿的数量为n′，磨损花键齿的数量为n，n′和n均为正整数，n≥2，n′≥5；

步骤二、行星架上的外花键的一次滚齿：

采用滚齿机对待修复的行星架1上的多个磨损花键齿进行滚齿，得到待焊接花键齿；其中，待焊接花键齿的齿厚记作d′，d表示未磨损花键齿的齿厚；

步骤三、待焊接花键齿的清理：

对待焊接花键齿进行清理，得到待焊接的行星架；

步骤四、行星架上的外花键的修复：

步骤401、配置合金粉末；

步骤402、将待焊接的行星架安装在激光融覆焊接机3上；

步骤403、在保护气体下，采用激光融覆焊接机3对外花键1-2上多个待焊接花键齿分别进行融覆焊接的方法相同，则采用激光融覆焊接机3对外花键1-2上的第i个待焊接花键齿进行融覆焊接，具体过程如下：

步骤4031、采用激光融覆焊接机3，并送入合金粉末，激光熔覆头4沿第i个待焊接花键齿的齿宽方向，由第i个待焊接花键齿的一端至第i个待焊接花键齿的另一端焊接，形成上一道融覆层；

步骤4032、采用激光融覆焊接机3，并送入合金粉末，激光熔覆头4沿第i个待焊接花键齿的齿宽方向，由第i个待焊接花键齿的另一端至第i个待焊接花键齿的一端焊接，形成下一道融覆层；其中，上一道融覆层和下一道融覆层沿第i个待焊接花键齿的齿面由齿根向齿顶方向布设，上一道融覆层和下一道融覆层之间的搭接率为55％；

步骤4033、多次重复步骤4031和步骤4032，直至第i个待焊接花键齿的齿面完全覆盖，形成一层融覆层；

步骤4034、多次重复步骤4033，直至第i个待焊接花键齿熔覆焊接后的齿厚d″满足完成第i个待焊接花键齿的融覆焊接；

步骤4035、操作行星架1转动，以使行星架1上的外花键1-2转动，按照步骤4031至步骤4034所述的方法，对第i+1个待焊接花键齿进行的融覆焊接；

步骤4036、多次重复步骤4035，完成n个待焊接花键齿的融覆焊接，得到待滚削外花键；其中，i和n均为正整数，1≤i<n,2≤i+1≤n；

步骤五、行星架上的外花键的二次滚齿：

步骤501、根据公式得到待滚削外花键的所需滚削厚度l；

步骤502、采用滚齿机对n个待滚削外花键分别进行第一次滚齿，得到n个第一次滚齿的花键齿；其中，将n个第一次滚齿的花键齿的齿厚记作d1，且

步骤503、采用滚齿机对n个第一次滚齿的花键齿进行第二次滚齿，得到n个第二次滚齿的花键齿；其中，将n个第二次滚齿的花键齿的齿厚记作d2，且

步骤504、采用滚齿机对n个第二次滚齿的花键齿进行第三次滚齿，得到n个修复后的花键齿，完成对外花键1-2的修复，则得到修复后行星架；其中，将n个第三次滚齿的花键齿的齿厚记作d3，且

本实施例中，步骤403中采用激光融覆焊接机3对外花键1-2上多个待焊接花键齿分别进行融覆焊接时，激光融覆焊接机3的激光功率为3000w，保护气体为氩气，保护气体的流量范围为15l/min，激光融覆焊接机3发射激光的光斑尺寸为1.5mm；

激光融覆焊接机3的焊接电流为200a，激光融覆焊接机3的离焦量的范围为5mm。

本实施例中，步骤三中待焊接花键齿的清理，具体过程如下：

步骤301、采用锉刀或者砂轮机对待焊接花键齿进行打磨，得到打磨后外花键；其中，打磨后外花键的齿面面的粗糙度不大于12.5μm；

步骤302、将打磨后外花键放入纯净水中，并采用软毛牙刷进行刷洗，然后用纯净水冲洗三次；

步骤303、采用眼镜布蘸取丙酮溶液，对冲洗后的外花键进行擦洗；其中，擦洗时间为30min，丙酮溶液的体积浓度为20％；

步骤304、在室温无尘环境中，将经过擦洗的外花键进行静置，得到待焊接的行星架；其中，静置时间为3h。

本实施例中，所述激光融覆焊接机3中激光熔覆头4沿第i个待焊接花键齿的齿宽方向的移动速度为7m/min。

本实施例中，步骤五中得到修复后行星架，之后还需要对修复后行星架进行检测：

步骤a、采用里氏硬度计对修复后行星架上的外花键的表面硬度进行检测，以使修复后行星架上的外花键的表面硬度满足hrc38～hrc42；

步骤b、采用粗糙度仪对修复后行星架上的外花键的齿面粗糙度进行检测，以使修复后行星架上的外花键的齿面粗糙度不大于3.2μm；

步骤c、根据公式得到待确认跨测齿数k；其中，α表示未磨损的行星架1上的外花键1-2的压力角；

步骤d、当待确认跨测齿数0.5<k<2.5时，得到最终跨测齿数k＝2；

当待确认跨测齿数n-0.5≤k<n+0.5时，得到最终跨测齿数k，则k＝n；其中，n为自然数，且n≥3；

步骤e、采用千分尺卡住修复后外花键1-2上的第一组k个花键齿进行一侧测量，得到第一公法线长度w1；

采用千分尺卡住修复后外花键1-2上的第二组k个花键齿进行二侧测量，得到第二公法线长度w2；

采用千分尺卡住修复后外花键1-2上的第三组k个花键齿进行三侧测量，得到第三公法线长度w3；其中，第一组k个花键齿、第二组k个花键齿的中心和第三组k个花键齿覆盖n个修复后的花键齿；

步骤f、根据公式得到修复后行星架上的外花键的公法线长度以使修复后行星架上的外花键的公法线长度等于未磨损的行星架上的外花键的公法线长度。

本实施例中，步骤401中的合金粉末中各成分的重量百分数为：cu为0.09％，mo为0.21％，ni为2.0％，mn为0.2％，cr为17.0％，co为0.25％，余量为fe；且合金粉末的粒度为15μm。

本实施例中，步骤402中将待焊接的行星架安装在激光融覆焊接机3上，具体过程如下：

在待焊接的行星架远离外花键1-2的一端安装第一封板2-1，在待焊接的行星架靠近外花键1-2的一端安装第二封板2-2，之后，将待焊接的行星架装夹在激光融覆焊接机3上；其中，激光融覆焊接机3的四爪卡盘3-1卡装在待焊接的行星架远离外花键1-2的一端上，激光融覆焊接机3的尾座顶尖3-2顶紧在第二封板2-2的端面的中心，激光融覆焊接机3的辊式支撑座3-3支撑在待焊接的行星架的下部。

本实施例中，步骤二中行星架上的外花键的一次滚齿、步骤501中第一次滚齿、步骤502中第二次滚齿和步骤503中第三次滚齿时，滚齿机的转速为45r/min，滚齿机的进给速度为0.2mm/r。

本实施例中，待焊接花键齿的顺序，是按照待修复的行星架1上的多个磨损花键齿按照圆周逆时针反向排序。

本实施例中，需要说明的是，当行星架1上的外花键1-2中花键齿的齿面磨损量大于等于0.15mm小于0.2mm时，则为待修复的行星架1，即磨损花键齿的齿厚记作dx，则

本实施例中，花键齿的齿面是指花键齿的齿顶和齿根之间的连接面。

本实施例中，具体实施时，未磨损的行星架1上的外花键1-2的压力角α为30°。

本实施例中，需要说明的是，步骤二中采用滚齿机对待修复的行星架1上的多个磨损花键齿的齿面进行滚齿，得到待焊接花键齿；步骤502中采用滚齿机对n个待滚削外花键的齿面分别进行第一次滚齿，步骤503中采用滚齿机对n个待滚削外花键的齿面分别进行第二次滚齿，步骤504中采用滚齿机对n个待滚削外花键的齿面分别进行第三次滚齿。

本实施例中，步骤4033中重复焊接多个融覆层，第一，是为了减少激光熔覆焊接时，减少焊接变形，也减少了行星架上的外花键的拘束应力；第二，可减少热输入热量，有效地保证了熔覆层和外花键焊接处的金相组织；第三，是为了下层熔覆层对上层熔覆层能进行热处理，减少了上一层熔覆层的应力，改善了焊缝的阻值性能，提升了焊接质量稳定性。

本实施例中，步骤4031和步骤4032中进行多道焊接，第一，是为了避免焊材对外花键母材的变形，不易产生气孔等缺陷；第二，第二焊道对第一焊道及其热影响区进行再加热，使加热区组织和性能发生相变重结晶，形成细小的等轴晶，使塑性和韧性得到改善，提高焊接的塑形。

本实施例中，在行星架的两端安装第一封板2-1和第二封板2-2，第一，是为了利用待焊接的行星架两端面的螺纹孔，通过螺栓将第一封板2-1和第二封板2-2分别固定连接在待焊接的行星架的两端，方便待焊接的行星架的夹装，且拆装方便；第二，是为了激光熔覆焊接过程中，避免夹装对待焊接的行星架的损坏。

本实施例中，在激光熔覆焊接过程中，离焦量对热处理效果产生直接的影响。当离焦量过大，作用在工件上的功率密度过低达不到处理外花键的目的；当离焦量过小，作用在工件上的功率密度过高，容易熔化激光照射点，破坏外花键表面。

本实施例中，步骤五中对行星架上的外花键的二次滚齿时分别进行第一次滚齿、第二次滚齿和第三次滚齿，第一次滚齿，是为了除去待滚削外花键上的花键齿齿面面不平整和存在的硬点等问题；第二次滚齿，是为了除去待滚削外花键上的花键齿的齿面面大于未磨损的花键齿的部分，也减少滚齿机的负荷量；第三次滚齿，是为了对确保花键齿的齿面面不存在拉毛，且粗糙度符合要求，从而提高滚齿的精度，以使第三次滚齿后得到修复后的花键齿满足正常的行星架上的外花键要求，也避免对滚齿机的损害。

本实施例中，在将所述激光融覆焊接机3的四爪卡盘3-1卡装在行星架底座1-1上时，需要在行星架底座1-1与四爪卡盘3-1的卡爪之间的铺设铜垫片，避免四爪卡盘3-1对行星架底座1-1造成损伤，使用效果好。

本实施例中，采用激光熔覆焊修复行星架外花键，是因为激光熔覆修复的融合性好，焊接修复性能较优，修复的外花键较耐用，符合煤矿采煤机中行星架要求。

实施例2

本实施例中，与实施例1不同的是：步骤一中清洗时间为10min，步骤二中待焊接花键齿的齿厚步骤4032中上一道融覆层和下一道融覆层之间的搭接率为60％；步骤4034中第i个待焊接花键齿熔覆焊接后的齿厚d″满足步骤502中n个第一次滚齿的花键齿的齿厚满足步骤503中n个第二次滚齿的花键齿的齿厚满足步骤504中n个第三次滚齿的花键齿的齿厚满足步骤403中激光融覆焊接机3的激光功率为4000w，保护气体的流量范围为25l/min，激光融覆焊接机3发射激光的光斑尺寸为2.5mm；激光融覆焊接机3的焊接电流为220a，激光融覆焊接机3的离焦量的范围为10mm；步骤303中擦洗时间为40min，丙酮溶液的体积浓度为15％；步骤304中静置时间为4h；激光融覆焊接机3中激光熔覆头4沿第i个待焊接花键齿的齿宽方向的移动速度为8m/min；步骤401中的合金粉末中各成分的重量百分数为：cu为0.12％，mo为0.27％，ni为2.45％，mn为0.3％，cr为19.3％，co为0.4％，余量为fe；且合金粉末的粒度为53μm；滚齿机的转速为50r/min，滚齿机的进给速度为0.3mm/r。

本实施例中的其它方法过程与实施例1相同。

实施例3

步骤一中清洗时间为7min，步骤二中待焊接花键齿的齿厚步骤4032中上一道融覆层和下一道融覆层之间的搭接率为58％；步骤4034中第i个待焊接花键齿熔覆焊接后的齿厚d″满足

步骤502中n个第一次滚齿的花键齿的齿厚满足

步骤503中n个第二次滚齿的花键齿的齿厚满足

步骤504中n个第三次滚齿的花键齿的齿厚满足

步骤403中激光融覆焊接机3的激光功率为3500w，保护气体为氩气，保护气体的流量范围为20l/min，激光融覆焊接机3发射激光的光斑尺寸为2mm；激光融覆焊接机3的焊接电流为210a，激光融覆焊接机3的离焦量的范围为8mm；步骤303中擦洗时间为35min，丙酮溶液的体积浓度为18％；步骤304中静置时间为3.5h；激光融覆焊接机3中激光熔覆头4沿第i个待焊接花键齿的齿宽方向的移动速度为7.5m/min；步骤401中的合金粉末中各成分的重量百分数为：cu为0.11％，mo为0.24％，ni为2.2％，mn为0.25％，cr为18％，co为0.35％，余量为fe；且合金粉末的粒度为35μm；滚齿机的转速为48r/min，滚齿机的进给速度为0.25mm/r。

本实施例中的其它方法过程与实施例1相同。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。