凹、凸球面配合面上的熔覆合金层的制备方法以及支座与流程

本发明属于桥梁或建筑支座领域，具体涉及一种凹、凸球面配合面上的熔覆合金层的制备方法以及支座。

背景技术：

1、支座作为桥梁、建筑领域的重要构件，一方面起着支撑上部结构荷载的作用，另一方面将上部结构的荷载和变形灵敏地传递给下部结构。通常包括与上部结构相连的上部基座、与下部结构相连的下部基座，以及位于上下基座之间的球冠。关于支座的基本结构形式为本领域已知的，例如cn2047030358u等文献中多有介绍。

2、支座为减小滑动面的阻力，与耐磨滑板配合面需要有较高的耐磨性能、较小的粗糙度及摩擦系数。通常采用碳钢包覆不锈钢氩弧焊周边焊接，虽然能满足工程上基本需要，但是还存在一些关键问题有待解决。

3、在实际操作中，球面包覆的不锈钢板材需要通过球形工装压制成的相应的球形(工装尺寸稍小于球冠球面尺寸)，然后将该球形不锈钢板放置于球冠上，通过加压、焊接的方式使两者结合。该工艺过程多次对不锈钢板材进行加压，大大降低了不锈钢板的耐磨性能和表面光洁度。且受压制成型设备的限制，超大规格的球冠不锈钢需要拼接完成，拼接处采用氩弧焊焊接后磨平，无法保证光洁度和轮廓度，影响球冠的使用性能。对于凸、凹球面工件，不锈钢无论压的多紧，焊接结束后不锈钢都会收缩，而贴合面正好对其收缩提供了空间，造成不锈钢与基材脱空。

技术实现思路

1、本发明为解决现有技术中存在的不足，提供一种凹、凸球面配合面上的熔覆合金层的制备方法以及支座。本发明通过在凹、凸球面配合面上进行高速激光熔覆形成熔覆合金层来替代传统的不锈钢球面包覆，可以避免出现不锈钢和基材不密贴、脱空的现象，形成的熔覆合金层与凹球面或凸球面为冶金结合，具备良好的连接强度，能够保证稳定可靠性。

2、本发明为达到其目的，提供如下技术方案：

3、本发明一方面提供一种凹、凸球面配合面上的熔覆合金层的制备方法，凹球面和凸球面相互配合，所述凹球面上与所述凸球面相配合的配合面上和/或所述凸球面上与所述凹球面相配合的配合面上形成有熔覆合金层，所述熔覆合金层的制备步骤包括：

4、通过高速激光熔覆装置将合金粉末激光熔覆于需要形成熔覆合金层的配合面上，以在所述配合面上形成所述熔覆合金层；然后对所述熔覆合金层进行抛光；

5、在进行所述激光熔覆过程中，控制保护气流量为2-20l/min，所述合金粉末的送粉气流量为1-3l/min，控制激光的功率从预设功率的20％逐渐增大至预设功率的90％，合金粉末的送粉量从1.5g/min逐渐增大至75g/min；熔覆高度控制为15-25mm。

6、本发明采用高速激光熔覆方式，在凹球面和/或凸球面通过上述工艺操作进行合金粉末的激光熔覆，能够形成致密、均匀的熔覆合金层，该熔覆合金层和凹球面或凸球面为冶金结合，连接强度高，具有较佳的稳定可靠性。本发明人发现，在进行上述高速激光熔覆过程中，以上述保护气流量进行施工，不仅可以保护熔覆头设备安全，而且能大幅降低保护气对粉束分布产生的影响；而若流量过大容易吹散粉末，过小则难以保护熔覆头安全；采用上述送粉气流量，不仅利于将送粉器内粉末完全送出，而且不会造成粉末飞溅，利于获得较佳的熔覆效果。同时，采用上述激光功率、送粉量和熔覆高度的工艺参数进行高速激光熔覆，利于获得平整度和结合度较佳的熔覆效果。

7、优选实施方式中，所述激光的预设功率为6000-12000w，所述激光的功率从所述预设功率的20％以1200-2400w/h的速率逐渐增大至所述预设功率的90％；

8、所述合金粉末的送粉量从1.5g/min以每小时15-20g的速率逐渐增大至75g/min。

9、优选实施方式中，进行所述激光熔覆所采用的熔覆路径为直线或螺旋线。

10、优选实施方式中，在激光熔覆过程中，调整高速激光熔覆装置的水平转台的速率以使进给速度保持恒定。通过该操作使得进给速度恒定，能够减少参数变动对熔覆效果的影响，对于具体的进给速度的设定，本领域技术人员可以根据工件大小、激光功率等实际工艺情况进行调整确定。

11、一些实施方式中，采用数控抛光设备进行熔覆合金层的抛光，使其轮廓度和表面粗糙度达到所需的要求。

12、进一步地，完成熔覆合金层的制备步骤后，还可对凹、凸球面配合面之外的外露部分进行油漆处理，以达到防腐目的。

13、优选实施方式中，所述合金粉末的粒度为20μm-120μm，松装密度≥3.0g/cm3，流动性≤30s/50g；采用满足上述要求的合金粉末利于保证合金粉末的流动性，避免激光熔覆过程中出现堵塞等现象，利于获得较佳的熔覆效果。

14、优选地，所述合金粉末预先进行烘烤处理，烘烤处理的条件包括：温度为100-150℃，时间为30-60min。通过烘烤处理，能够对合金粉末进行除潮。

15、较佳地，所述合金粉末选自镍基、钴基、铁基自熔性合金粉末中的一种或多种。合金粉末可通过商购获得，具体地，例如可以采用ni20粉末、ni60粉末、in625粉末、co06粉末、co40粉末、fe01粉末、fe06粉末或fe31粉末。

16、一些实施方式中，在激光熔覆过程中，进给方式采用工装旋转，熔覆设备x/y/z轴相互配合；或者熔覆设备机械手y轴旋转x/z轴联动，球冠固定的方式。

17、较佳地，所述激光熔覆采用预置粉末法或同步送粉法；

18、优选地，所述激光熔覆的送粉方式采用中心送粉或同轴送粉。采用优选的送粉方式，利于提高粉末利用率和熔覆效率，利于获得表面更为平整起伏小的熔覆合金层。

19、一些实施方式中，所述熔覆合金层的厚度为0.8-1.2mm。

20、进一步地，所述凹球面和所述凸球面为桥梁或建筑支座中相互配合的面，其中凸球面来自支座中的球冠，凹球面来自与所述球冠相互配合的基座。进一步地，在进行激光熔覆之前，对球冠和基座进行抛丸处理，并使抛丸处理后表面粗糙度达到rz 20μm-80μm，利于提高后续油漆处理时的附着效果。

21、本发明还提供一种桥梁或建筑支座，所述支座包括球冠和与球冠配合的基座，其中所述球冠至少包括一个凸球面，与所述凸球面相配合的基座上形成有与所述凸球面相适配的凹球面；所述凸球面和/或所述凹球面上形成有通过上文所述的制备方法形成的熔覆合金层。

22、本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

23、采用本发明的高速激光熔覆工艺，在凹球面或凸球面形成熔覆合金层来替代传统的不锈钢包覆，熔覆合金层和基材为冶金结合，所得熔覆合金层和基材之间具有较佳的连接强度，熔覆合金层和基材形成一体结构，能保证稳定可靠性；相比于包覆不锈钢板，避免了不密贴、脱空的“两层皮”问题。

24、本发明采用高速激光熔覆工艺，相比于传统熔覆技术，能够达到较高的线速度，整体效率可达到传统熔覆技术的3-4倍。

25、通过本发明的制备方法，所获得的熔覆层平整，可直接研磨抛光，无需车削加工，大大节约了材料和加工成本。

26、通过高速激光熔覆来形成熔覆合金层，对工件的热输入小，工件热变形小。此外，采用高速激光熔覆，能达到较高的功率密度，可采用高熔点合金粉末材料。