一种油缸内孔高速激光熔覆的制造方法与流程

本发明涉及高速激光熔覆和加工方法，具体的说，涉及了一种油缸内孔高速激光熔覆制造方法。

背景技术：

1、液压支架油缸是煤矿机械关键部件，油缸的工作介质为乳化液或者浓缩液等。缸筒内孔受配液水中乳化液浓度波动的影响易被腐蚀；同时，若缸筒内孔表面硬度较低或表面处理层与基体结合力弱时，密封和油缸内孔的不断摩擦也易使油缸内孔受到磨损失效。因此，油缸内孔的耐腐蚀性、耐磨性、结合强度都至关重要。目前油缸内孔表面处理工艺主要是电镀和熔覆。电镀属于物理结合，结合力相对较弱。熔覆属于冶金结合，结合强度好。经相关文献报道，油缸内孔熔覆工艺有较大优势。

2、熔覆工艺有两种方式：1、采用焊丝堆焊技术（如cmt堆焊铜合金）；2、采用粉末激光熔覆技术。

3、内孔cmt冷金属过渡堆焊铜合金工艺，具有堆焊层较厚（2.5-3.5mm）、成本高、铜合金硬度较低（180~230hb）等特点。并且为找准堆焊刮滚后，车油缸外圆的加工基准，缸口需堆焊2~4层。然后对缸筒进行整体刮滚，以刮滚面为基准，撑缸筒两端刮滚面车外圆，该铜合金堆焊技术热输入较大，缸口易变形。

4、中国专利cn113070638a《一种高耐腐液压缸缸筒的加工方法》，公开了一种内孔堆焊铜合金的加工工艺。由于铜合金与基材成分差异大，如与27simn等基材环缝焊接易出裂纹，易导致油缸漏液，为保证环缝焊接质量，缸筒缸尾处在堆焊前预留台阶（缸尾端部一定范围内镗至内孔直径不大于φ(d1~0.5)mm的台阶），但该加工方法难度大。

5、而激光熔覆工艺分为粉末普通激光熔覆和粉末高速激光熔覆，粉末普通激光熔覆，熔覆层厚度较厚，粉末利用率低，加工效率低，热输入较大，因此该工艺未大面积推广；粉末高速激光熔覆工艺，优点：熔覆层薄，熔覆和加工效率高，并且热输入小，缸筒变形量小，对焊接质量影响小，是目前主流的推广工艺方法，但将其应用于油缸内孔的熔覆处理，存在诸多问题。

6、一方面，由于受熔覆方式和设备局限，熔覆层薄且不能多层熔覆，导致熔覆刮滚后，无法以缸口精加工面为基准车油缸外圆。

7、另一方面，受熔覆设备的结构限制，对于油缸内孔的台阶/过渡倒角部位熔覆难度大，尤其是尖角部位易出现熔覆缺陷。

8、目前，围绕油缸内孔粉末高速熔覆的材料、熔覆工艺及加工工艺尚未有公开成熟的制造方法，如申请号为cn201410143265.7，发明名称为：一种内孔密封部位采用激光熔覆技术处理的液压支架油缸中，仅在密封部位（近油缸开口端）采用了激光熔覆技术，技术难度较小，并不影响后续的油缸加工。

9、为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种满足油缸内孔熔覆需求、变形量小、精度高的油缸内孔高速激光熔覆制造方法。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种油缸内孔高速激光熔覆制造方法，包括以下步骤：

3、第一部分：熔覆前加工：

4、步骤1.1）采用冷拔管下料作为缸筒的主体，抛丸去除氧化皮；

5、步骤1.2）撑缸筒两端内孔，车缸筒左、右两端面，并车左、右两端面外圆倒角；

6、步骤1.3）焊上腔接头座；

7、步骤1.4）精镗内孔；

8、步骤1.5）撑缸筒两端内孔，依次车左、右两处架窝，车左、右两端外圆卡头，进一步车左、右外圆倒角；

9、步骤1.6）保持左端内撑不动，架右端架窝中心架，车缸口端止口，车止口右端倒角和左端倒角；

10、步骤1.7）螺纹段内表面不加工，保留螺纹段与刮滚面保持一致，在螺纹段左端面车第一倒角过渡至第一台阶，再继续车第二倒角过渡至刮滚面；

11、第二部分：内孔高速激光熔覆：

12、步骤2.1）卡左端卡头，架右端架窝，保证内孔径向跳动在设定范围内，将内孔激光熔覆枪头从缸筒缸口端伸入至缸筒尾端，以缸筒尾端为熔覆起点，设定熔覆路径为：刮滚面、刮滚面右侧第二倒角、第一台阶、第一倒角、螺纹段内表面、止口和止口右端倒角熔覆一层；

13、步骤2.2）在各个倒角处再复熔一层；

14、第三部分：高速激光熔覆后精加工：

15、步骤3.1）刮滚，顶缸筒两端面外倒角，刮滚头从缸口端进入，刮滚整体缸筒内孔至设定尺寸；

16、步骤3.2）左端撑缸筒刮滚面，右端撑缸筒螺纹段内表面，车左、右两处架窝，车右、左两端外圆卡头，然后卡左端外圆，架右端架窝，从缸口端开始车止口和螺纹段内表面；

17、步骤3.3）卡右端卡头，架左端架窝，平左端面至设计尺寸，车焊接坡口；

18、第四部分：焊缸底：

19、步骤4）将缸筒的主体和缸底配合进行焊接。

20、基上所述，步骤1.7）中，第一倒角为45°倒角，第一台阶尺寸为φ(d3+1)×4mm，第二倒角为20°倒角。

21、基上所述，高速激光熔覆开始前，调节送粉喷嘴与缸筒内表面的距离为10~15mm，熔覆一层厚度为0.2~1.2mm，倒角熔覆两层总厚度为0.4~2.4mm。

22、基上所述，高速激光熔覆过程中，采用粉末成分：cr：16.5~30%；ni：0.2~10%；mn：0.1~0. 5%；mo：0.2~3%；nb：0.2~1.2%；设置熔覆参数：功率4000~6000w，光斑直径φ3~4mm，激光波长1000~1200nm，线速度3~8m/min，送粉量20~35g/min，同轴保护气15~22l/min，载粉气流5~10l/min。

23、基上所述，步骤3.1）中，按图纸尺寸对油缸内孔14进行刮滚，单边熔覆层有效厚度0.1~0.9mm。

24、基上所述，步骤3.2）中，熔覆后对熔覆层表面打磨平整，测硬度范围为350-380hv；刮滚后，缸筒内孔熔覆层表面硬度420~430hv；对缸筒内孔进行取样测显微梯度硬度，熔覆层梯度硬度350~370hv，热影响区硬度260~290hv，基体硬度240~260hv。

25、基上所述，步骤2.1）中，用百分表测量内孔径向跳动，要求≤0.1mm。

26、基上所述，步骤1.4）中，精镗内孔至φ(d1+2a)，熔覆层单边有效厚度a可选范围为0.2~1.2mm，粗糙度ra0.4~6.3，其中d1为刮滚面内径。

27、基上所述，步骤1.6）中，车缸口端止口为 (l3-2) ×φ(d2+2a)，车止口右端 (l5+1) ×30°倒角，在止口左端车2×45°倒角，其中，l3为止口段长度，d2为止口内径，l5为止口右端倒角轴向长度。

28、基上所述，步骤4）中，焊接参数：打底焊参数为焊接电流在220~250a，焊接电压23.2~28.6v，打底焊速度230~260m/min；盖面焊接参数为焊接电流在250~300a，焊接电压28~31v，打底焊速度260~300m/min；焊接后对环缝焊进行ut探伤，确保无裂纹、气孔缺陷。

29、本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明具有以下优点：

30、1.考虑到螺纹使用强度，在螺纹段内表面不能有铜，故而刮滚后的螺纹段内表面不加工，与刮滚面保持一致，进而保证其性能。

31、2.由于熔覆设备不易熔覆缸筒内孔中关于台阶和过渡倒角的部位，本方案中，在止口的内外两端分别设置倒角，在螺纹段与刮滚面的过渡处设置第一倒角、第一台阶和第二倒角充分过渡，以保证熔覆过程的顺利进行。

32、3.内孔的熔覆过程全程采用高速激光熔覆工艺，粉末类型按照需要选择合适的粉末，如不锈钢粉末或铜粉末等，内孔高速熔覆功率4000-6000w ，熔覆线速度3-8m/min ，相较于传统的激光熔覆技术，将熔覆线速度提高3-8倍，相应的线能量会减少至传统激光熔覆的1/8-1/3。第一方面，线能量的减少有助于减小稀释率，最大程度的保证熔覆层的纯净性，发挥熔覆层的性能；第二方面，线能量的减少也会减少对基体的热输入，避免基体材料的组织性能改变，第三方面，线能量的减少，减少缸筒的应力释放变形，方便后续加工实施。且由于整个熔覆过程发热量小，熔覆厚度薄，缸筒热变形小，对缸筒其它位置的尺寸和精度影响小。

33、4.熔覆路径从缸底至止口，并在倒角过渡区熔覆两层，避免因结构复杂而熔覆厚度不够。

34、5. 内孔粉末高速熔覆工艺，内孔熔覆层厚度薄，热输入小，缸筒热变形小，不影响缸筒其它位置的尺寸和形位精度，缸筒内孔焊接端可整体刮滚，不留台阶。在环缝焊接过程中，铜层不会熔化到环缝内导致焊缝存在气孔、裂纹等缺陷问题。

35、6.缸筒粉末高速熔覆层硬度最高为350~380hv，为保证缸筒内孔粗糙度，刮滚加工中，镗刀和刮刀保证缸筒内孔尺寸，整圈滚珠滚压内孔保证粗糙度ra0.08-0.4。由于滚珠的压力作用，导致缸筒内孔熔覆层表面硬度提高至最高420~430hv，同时从熔覆层表面往基体方向，硬度递减。该加工方式不仅提高缸筒内孔表面粗糙度，而且提高表面硬度，进而提高表面耐磨性能。