[发明专利]一种激光－感应复合熔覆修复连铸结晶器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种修复连铸结晶器的方法，尤其涉及一种激光－感应复合熔覆修复连铸结晶器的方法。

背景技术

连铸结晶器是一个强制水冷的无底钢锭模，主要由导热性非常好的铜或铜合金做内衬，外面套有夹套通水冷却，使高温钢液逐渐冷却凝固并在尽可能高的拉速下，形成所需规格、形状以及厚度均匀的铸坯。因此，连铸结晶器是连铸机非常重要的部件，被称之为连铸设备的“心脏”，其质量好坏对连铸生产和铸坯质量都有很大的影响。

随着连铸向高效化发展，连铸结晶器的使用寿命成为制约连铸生产的一项重要因素。对连铸结晶器进行修复，延长其使用寿命，对提高连浇率，保证铸坯质量，以及提高企业的技术经济效率具有十分重要的意义。修复连铸结晶器常规的方法有电镀硬铬（李虹. 连铸方坯结晶器电镀硬铬的工艺，材料保护，2001，34（5）：55）、等离子喷涂NiCr-Cr₃C₂涂层（陈健，刘雪飘，梁欢. 结晶器铬锆铜板表面等离子喷涂镍铬－碳化铬涂层的研究，材料导报，2010,11（24）：525－528）与激光熔覆镍基涂层（刑飞，侯丹辉，张翼飞，宫铭辉. 一种结晶器表面激光熔覆的合金涂层及其制备方法，中国发明专利，200810012662）等。其中，电镀层厚度较薄（一般小于0.3mm），与连铸结晶器形成结合力差的化学性结合；等离子喷涂层孔隙率高，与连铸结晶器之间呈机械性结合，服役一段时间后易剥落；尽管激光熔覆镍基涂层与连铸结晶器之间形成了结合强度高的冶金结合，但连铸结晶器对激光反射率高导致激光熔覆效率低，涂层易开裂。

近年来，可以在高效率条件下，将涂层内的热应力降低到最小程度，从而制备高性能的无裂纹涂层的激光－感应复合熔覆技术（Shengfeng Zhou，Yongjun Huang，Xiaoyan Zeng. Microstructure characteristics of Ni-based WC composite coatings by laser induction hybrid rapid cladding. Materials Science and Engineering: A，2008,480（1－2）：564－572）引起了人们的广泛兴趣。但是，关于采用激光－感应复合熔覆修复连铸结晶器的方法并未见文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光－感应复合熔覆修复连铸结晶器的方法。本发明所用的专用铜基合金粉末流动性好，与连铸结晶器具有十分优异的相容性与润湿性以及相近的热物理性能；在激光－感应复合熔覆修复之前，对连铸结晶器破损部位进行电镀镍或化学镀镍处理，提高连铸结晶器对激光束能量的吸收率；采用激光－感应复合熔覆修复连铸结晶器，不但可以提高连铸结晶器对激光束能量的利用率，也可以减小熔覆过程中的温度梯度，消除涂层中的气孔与裂纹等冶金缺陷，从而大幅度提高熔覆效率以及改善涂层的耐磨、耐腐与抗疲劳性能。因此，采用该方法修复连铸结晶器具有常规修复方法无法比拟的优势。

本发明是这样来实现的，其方法与步骤为：

（1）将专用铜基合金粉末放置于自动送粉器的装料斗内，对连铸结晶器破损部位进行除油、除锈、挖除裂纹或划伤、活化与电镀镍或化学镀镍处理；从而提高连铸结晶器破损部位对激光束能量的吸收率；

（2）将高频感应加热线圈与连铸结晶器破损部位之间的距离控制在2~15 mm内，调节感应加热功率，使连铸结晶器的破损部位被感应加热的温度为200~900℃，同时利用铜管对感应加热区吹入Ar气；

（3）将CO₂激光器产生的激光束与自动送粉器的粉末喷嘴定位于感应加热区内，实现激光热源与感应加热源的复合；利用粉末喷嘴将专用铜基合金粉末吹入激光－感应复合熔覆热源形成的熔池内，当激光－感应复合熔覆热源移开后，熔融的铜基合金粉末快速凝固结晶形成修复铜基合金涂层。其中，粉末喷嘴与连铸结晶器破损部位电镀镍层表面法向间的夹角为37~45°，粉末喷嘴与连铸结晶器破损部位电镀镍层垂直距离为12~20 mm；

（4）当激光－感应复合熔覆完一道之后，沿激光扫描速度的垂直方向移动数控机床，其移动的距离为激光光斑直径的30~70%；

（5）检测修复铜基合金涂层的厚度是否达到预期的要求，如果没有，将激光头沿Z轴方向上升一段距离ΔZ，该距离ΔZ为上一铜基合金涂层的厚度，然后重复步骤（2）－（4），直到修复铜基合金涂层达到所要求的厚度；

（6）对修复铜基合金涂层表面进行铣削与磨光，获得所要求的表面光洁度及尺寸精度。