一种混凝土泵车活塞杆再制造的工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种混凝土栗车活塞杆再制造的工艺方法，采用高速电弧喷涂一等离子重熔的金属表面处理方法，属于金属表面处理材料技术领域。
【背景技术】
[0002]混凝土栗车活塞杆在实际工作过程中，有少量的泥砂飞溅入液压缸内，在液压缸来回往复工作的过程中，要承受较大的交变载荷和振动冲击作用，并伴有外来硬颗粒与金属表面产生摩擦，引起表面材料的脱落，最常见的局部损伤形式就是划伤、剥落和磨损等现象。根据调查统计发现，在轴类零件的失效中有将近80%为磨损引起的失效，而磨损引起的失效有绝大部分是由磨粒磨损导致的。
[0003]此外，混凝土栗车有一定数量要出口到海外或者在沿海地区使用，在使用过程中，有时要经历苛刻的腐蚀环境，如大气海洋环境、工业污染环境等，活塞杆与周围介质发生点蚀等腐蚀现象。
[0004]目前国内大部分工程机械公司主要采用换件来维持混凝土栗车的使用周期，此方法虽可满足客户需求，但不利于企业长远发展和国家建设资源节约型、环境友好型社会的可持续发展战略，且这些关键零部件造价很高，换件周期比较长，这会给企业生产运营造成极大的不便。因此，针对混凝土栗车的失效的活塞杆，采用合适的再制造工艺技术对其进行再制造修复，研究再制造后活塞杆的性能等关键问题，可以提高再制造的效率，延长其使用寿命，减少资源的浪费，有效地推动我国工程机械领域零部件再制造产业的发展。
[0005]再制造工程领域利用的技术主要有火焰喷涂、电刷镀和电弧喷涂技术。电弧喷涂技术，对涂层的可控性好，生产效率高，工艺简单，成本低，能耗低，喷涂质量稳定，因此，电弧热喷涂技术广泛用于制备耐磨涂层、防腐蚀涂层以及机械设备修复强化等方面。
[0006]高速电弧热喷涂技术是利用燃烧与两根连续送进的被喷涂丝材之间的电弧作为热源来使金属丝材熔化，用高速气流把熔化的金属雾化成微粒，并使雾化金属粒子加速，雾化粒子射流高速沉积到工件表面形成涂层的技术。由于高速电弧喷涂层为层状堆叠的组织结构，且内部存在一定的孔隙和氧化物夹杂，与基体为机械结合，在一定程度上影响了喷涂层的硬度和结合强度。当喷涂层在高冲击或交变载荷的苛刻工况下服役时容易造成喷涂层剥落失效。为了改善高速电弧喷涂层的组织结构和服役性能，可以对喷涂层进行重熔处理。
[0007]目前国内外针对重熔技术的研究工作已经有了一定的进展，这其中主要包括激光重熔、电子束重熔、等离子重熔、感应重熔和氩弧重熔技术等。
[0008]激光重熔能量密度高、输出功率稳定，但涂层在重熔过程中由于激光重熔快速加热急速冷却凝固的特点，因此涂层内部残余应力较大，涂层容易开裂和脱落，同时激光重熔成本较高，效率低，设备巨大复杂，不利于工况条件下抢修操作。
[0009]电子束重熔技术必须要求在真空室条件下，电子束光斑比激光束光斑还要细小，适用于试样较小的或是要求重熔区域精确的后处理技术。电子束重熔设备也存在设备的操作与维护复杂，需要在室内进行。
[0010]感应重熔利用的是趋肤效应，具有对基体热影响区小、工件变形小、工艺简单、工件环境清洁等优点，但它受感应圈形状和尺寸限制，只适于尺寸小的圆形工件。
[0011 ]钨极氩弧重熔技术成本低，强化效果好，操作简单，可在施工现场进行操作，在国内外已经成功已用于如汽车发动机缸体、缸套、凸轮轴以及许多栗体和阀体等；电弧喷熔表面层表面粗糙，热量分散，造成喷涂层熔深小，难以形成冶金结合。等离子重熔是一种利用等离子束作为高温热源，通过调节相应的工艺参数，控制热量的输入，保证获得熔深浅、稀释率低的重熔层，从而获得耐冲击、耐磨和耐腐蚀的表面层质量。等离子束重熔技术与其他重熔技术相比，等离子束可在正常大气压下进行，不需要真空环境，工艺过程简单，设备成本低。其优点在于获得高的表面加热，冷却速度快，能量集中，穿透力强，工艺稳定性好，指向性强，外界的因素干扰小，涂层熔化充分，熔池中的气体和熔渣容易排出，从而获得高质量的重熔层。
[0012]重熔过程通过对喷涂层的重结晶，可以改善喷涂层的层状结构，消除原有喷涂层的孔隙和氧化物夹杂，使得重熔后的涂层变得均匀、致密，且由于高能量输入使得涂层与基体呈现冶金结合，最终重熔层可以获得优异的力学性能。
[0013]与现有的镀铬的活塞杆相比，活塞杆镀铬耐腐蚀性有限，长期使用过程中会产生腐蚀现象。由于腐蚀所造成的损伤一般面积都较为大，且呈片状分布。而且活塞杆镀铬过程对环境污染影响极大，不利于建设环境友好型社会。另外通过再制造可以大大节约制造成本，再制造成本不到新品的30%，应用前景十分广阔。
【发明内容】
[0014]本发明的目的在于提供一种活塞杆再制造的工艺方法，经过此工艺再制造的活塞杆微观组织结构变得均匀、致密，消除原有喷涂层的孔隙、未熔颗粒和氧化物夹杂以及微观裂纹等缺陷，使涂层与基材由机械结合转变为冶金结合，从而提高其耐磨性能。
[0015]本发明通过以下技术方案来实现:
[0016]确定权利要求后替换该部分采用高速电弧喷涂一等离子重熔的金属表面处理方法，该方法包括以下步骤:
[0017](I)选择基体材料和喷涂材料；
[0018](2)喷涂层的制备:对基体的喷涂表面进行喷砂处理，以清洁试样的表面，去除铁锈和油污以及获得表面粗糙度Ra = 0.3?0.5的基体表面。采用基于机器人自动化的高速电弧喷涂系统进行喷涂；
[0019](3)重熔层的制备:使用等离子弧焊机，在保护气环境中，采用直接正接法对喷涂层进行等离子重熔工艺。
[0020]所述的步骤(I)中的基体为活塞杆。
[0021]所述的步骤(I)中喷涂材料为FeNiCrAl系列喷涂丝材。丝材化学组成为C:0.6?
0.8%，N1:9?15% ,Gr:12%，A1:11?13%，B:2?3%，S1:2?2.5%，1^:0.6?0.7%，其中混合Re由质量百分含量为25?28 %的La ； 48?52 %的06; 14?17 %的Nb和4?6 %的Pu组成，余量为Fe。
[0022]所述的步骤(2)中的工艺参数为:喷涂电压34?40V，喷涂电流160?200A，喷涂距离160?200mm，喷涂角度90°，雾化气压0.5?0.7MPa。
[0023]I)活塞杆喷涂路径的规划:首先，在上述步骤(2)确定的喷涂条件下确定出粒子束流斑直径约8?Ilmm，根据工件的尺寸，在活塞杆的长度方向上每隔10?15mm确定出一个关键点，关键点之间间距划分的依据是喷涂粒子束到达基体的束流斑直径存在一定的映射关系，关键点之间间隔如果大于15_，在喷涂过程中每道粒子束之间形成的涂层搭接不均匀，最终形成涂层厚度平整度较差，也影响后续重熔层的厚度均匀性。
[0024]确定出关键点后，进行喷涂路径的规划，过程为将机器人调节到示教工作模式下，调整喷枪将其移至活塞杆表面开始喷涂点，记存第一点位置，设定喷枪移动速度为80?100mm/S，工件旋转速度为12?15rad/s，活塞杆旋转15°，喷枪移至第二关键点，依次记存并编写所有程序，当编写完最后一点时，将活塞杆旋转至初始位置，喷枪抬高并离开活塞杆待喷表面，将编写程序存入Μ0Τ0ΜΑΝ机器人控制系统。
[0025]2)喷涂工艺过程:喷枪与基体表面保持垂直姿态不动，活塞杆在工装的夹持下顺时针旋转运动，活塞杆旋转一周，喷涂一道，活塞杆再逆时针旋转一周，喷涂第二道，依次活塞杆不断地顺时针和逆时针旋转，完成整个表面的一遍喷涂。
[0026]喷涂效率为1?15μπι/遍，为了获得较好的重熔效果，制备电弧喷涂层的厚度必须严格控制在适宜的厚度，制备涂层较厚则导致重熔过程必须采用较大的热输入才能对涂层进行完全熔透，达到涂层和基体之间达到冶金结合的效果，但较大的热输入会导致涂层与基体结合界面临近区域之间的稀释率变大，造成重熔层中的合金元素较