专利名称：掘进机密封套的激光熔覆工艺方法
技术领域：
本发明涉及掘进机技术领域中的一种掘进机密封套的激光熔覆工艺方法。
背景技术：
现有掘进机水密封是依靠套装到密封套外表面的旋转格莱密封圈将喷雾水与润滑油分隔开的。旋转格莱密封圈与密封套在相对运动中表层材料不断损伤产生磨损，这就要求密封套表面有较高的硬度及耐磨性。为了达到HRC58-62的硬度，以往密封套多采用GCrl5表面淬火。由于密封套壁厚较薄，只能高频感应淬火以避免产生裂纹。因密封套结构所致，高频感应淬火后时有硬度不足、有软点或端部出现软带现象发生。掘进机工作一段时间后密封性能下降，易造成油水混合。采用激光熔覆的密封套，密封套熔覆层组织细密、性能优异、热应力小、变形小，与密封套基体呈现原子冶金结合，使得密封套表面硬度高，耐磨性强。激光束的功率、位置和形状等能够精确控制，所以无软带、软点现象，能极大的提高旋转格莱密封圈的密封能力，减少维修费用，延长整机使用寿命。因此，研制开发一种掘进机 密封套的激光熔覆工艺方法一直是急待解决的新课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种掘进机密封套的激光熔覆工艺方法，用于掘进机的水密封或者类似原理的其它设备的密封，该密封套可以极大地提高旋转格莱密封圈对水的密封性能，减少维修费用，延长整机使用寿命。本发明的目的是这样实现的一种掘进机密封套的激光熔覆工艺方法，密封套固定在数控二维五轴联动加工工作台上，送粉机构中的载流气体将设定好的Ni基自熔性合金粉末输送至材料为40Cr的密封套表面，同时利用CO2激光器产生的高能量密度激光束将Ni基自熔性合金快速熔化，直接堆积形成完全致密的熔覆层，该熔覆层与密封套基体呈现原子冶金结合，使密封套表面获得高的硬度及耐磨性；激光熔覆Ni基合金涂层能显著提高40Cr钢的表面硬度和耐磨性，激光熔覆层中存在颗粒强化和细晶强化作用；熔覆层组织细密、性能优异、热应力小、变形小，具有较低稀释率，与密封套基体呈现原子冶金结合，使得密封套表面硬度高，耐磨性强，表面涂有激光熔覆。本发明的要点在于它的工艺方法。其工作原理是，具体为利用高能量密度激光束在密封套表面熔覆Ni基自熔性合金，由此产生的非常致密的熔覆层与密封套基体呈现原子冶金结合，使密封套表面获得极高的硬度及耐磨性，减少维修费用，从而延长整机使用寿命O掘进机密封套的激光熔覆工艺方法与现有技术相比，具有激光熔覆的密封套熔覆层组织细密、性能优异、热应力小、变形小，具有较低稀释率，与密封套基体呈现原子冶金结合，使得密封套表面硬度高，耐磨性强，从而提高了旋转格莱密封圈的密封性能，防止了油水混合的发生，减少了维修费用，延长了整机使用寿命等优点，将广泛的应用于掘进机技术领域中。
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。图I是密封套的激光熔覆系统图。图2是图I中I处视图的结构放大图。图3是激光熔覆涂层的结构示意图。参照附图，一种掘进机密封套的激光熔覆工艺方法，密封套固定在数控二维五轴联动加工工作台上，送粉机构中的载流气体将设定好的Ni基自熔性合金粉末输送至材料为40Cr的密封套表面，同时利用CO2激光器产生的高能量密度激光束将Ni基自熔性合金快速熔化，直接堆积形成完全致密的熔覆层，该熔覆层与密封套基体呈现原子冶金结合，使密封套表面获得高的硬度及耐磨性；激光熔覆Ni基合金涂层能显著提高40Cr钢的表面硬度和耐磨性，激光熔覆层中存在颗粒强化和细晶强化作用；熔覆层组织细密、性能优异、热应 力小、变形小，具有较低稀释率，与密封套基体呈现原子冶金结合，使得密封套表面硬度高，耐磨性强，表面涂有激光熔覆。下面结合实施例对本发明作进一步具体描述该密封套的激光熔覆所用设备由CO2激光器I、载流气2、送粉器3、密封套4、数控二维五轴联动加工工作台5、熔覆头6、保护气7、聚焦镜8、反射镜9组成，将已加工好的材料为40Cr的密封套4固定在数控二维五轴联动加工工作台5上，Ni基自熔性合金粉末放置在送粉器3里，送粉机构中的载流气体2将Ni基自熔性合金粉末输送至密封套4表面，同时利用CO2激光器I、聚焦镜8、反射镜9产生的高能量密度激光束经熔覆头6将Ni基自熔性合金快速熔化，直接堆积形成非常致密的熔覆层10，熔覆工艺参数为激光功率P =3000 4000W，扫描速度V = 7 12mm / s，光斑尺寸& 5mm，每道搭接量为激光光斑直径的35 50%，在数控回转工作台5上进行多道扫描，熔覆层10与密封套基体11呈现原子冶金结合，从而使密封套4表面获得高的硬度及耐磨性，Ni基自熔性合金粉末耐磨性、耐蚀性、抗滑动磨损性好，由于激光功率高，扫描作用时间短，熔覆层10和基体11表层加热后熔化速度快，急速冷却时过冷度大，一方面熔池中的合金元素能迅速形成多种化合物而增加非自发晶核的数量，使形核率大为提高，形成细小均匀的显微组织，而40Cr钢基材组织较粗大，从而产生细晶强化，组织细密可提高晶界结合力，增强材料强度和韧性，另一方面，熔覆层10内存在的Cr23C6、Ni3B、Ni3Si等硬质相使得熔覆层10硬度增加，颗粒相的弥散强化，随着密封套4表面的硬度的大幅提高，在磨损过程中原子不易发生转移，而硬度较低的心部为表层提供了相对较好的韧塑性，在表层受力时能够在一定范围内以弹性变形的方式减少表层破坏的几率，宏观上表现为耐磨性的提高，在激光熔覆后，Ni基自熔性合金粉末中存在的大量合金元素大量溶入枝晶产生固溶强化，形成大量共晶化合物产生第二相强化，使得耐磨性增强，激光熔覆层由熔覆区12、结合区13、基底热影响区14组成，激光熔覆后，熔覆层10与基体11间有元素的相互扩散，说明基体11与熔覆层10形成了良好的冶金结
八
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权利要求
1.一种掘进机密封套的激光熔覆工艺方法，其特征在于密封套固定在数控二维五轴联 动加工工作台上，送粉机构中的载流气体将设定好的Ni基自熔性合金粉末输送至材料为40Cr的密封套表面，同时利用CO2激光器产生的高能量密度激光束将Ni基自熔性合金快速熔化，直接堆积形成完全致密的熔覆层，该熔覆层与密封套基体呈现原子冶金结合，使密封套表面获得高的硬度及耐磨性；激光熔覆Ni基合金涂层能显著提高40Cr钢的表面硬度和耐磨性，激光熔覆层中存在颗粒强化和细晶强化作用；熔覆层组织细密、性能优异、热应力小、变形小，具有较低稀释率，与密封套基体呈现原子冶金结合，使得密封套表面硬度高，耐磨性强；表面涂有激光熔覆。
全文摘要
一种应用于掘进机技术领域中的掘进机密封套的激光熔覆工艺方法，密封套固定在数控二维五轴联动加工工作台上，送粉机构中的载流气体将设定好的Ni基自熔性合金粉末输送至材料为40Cr的密封套表面，同时利用CO2激光器产生的高能量密度激光束将Ni基自熔性合金快速熔化，直接堆积形成完全致密的熔覆层，该熔覆层与密封套基体呈现原子冶金结合，使密封套表面获得高的硬度及耐磨性；激光熔覆Ni基合金涂层能显著提高40Cr钢的表面硬度和耐磨性，激光熔覆层中存在颗粒强化和细晶强化作用。该发明激光熔覆的密封套熔覆层组织细密、热应力小、变形小，具有较低稀释率，与密封套基体呈现原子冶金结合，使得密封套表面硬度高，延长了整机使用寿命。
文档编号C23C24/10GK102943265SQ201210468010
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月19日 优先权日2012年11月19日
发明者孙晓鸣, 汪清波, 郑晓东, 廉浩, 李桂琴, 于晓东 申请人:北方重工集团有限公司