[发明专利]一种柴油机气门密封面的激光熔覆方法

说明书

本发明公开了一种柴油机气门密封面的激光熔覆方法，其包括如下步骤：S1，在气门头部的密封面部位制作环形凹槽；S2，对气门进行预热处理，将气门固定于转台上，调整转台角度，使得凹槽开口位于铅垂面内；S3，将激光器固定于凹槽正上方，启动转台，气门以中轴线为中心开始旋转，采用同轴同步送粉的方式进行激光熔覆，在凹槽位置得到熔覆层；S4，对气门进行去应力热处理。其能够获得组织致密、性能良好的熔覆层，提高气门密封面的耐磨性、可靠性和使用寿命，有效解决现有等离子堆焊的焊接热输入过大和稀释率过大的问题。

技术领域

本发明涉及柴油机气门表面强化技术，具体涉及一种柴油机气门密封面的激光熔覆方法。

背景技术

大功率船用中高速柴油机使用的进、排气门必须具有良好的耐冲击性、耐腐蚀性、耐高温氧化性和耐磨性，才能承受高温腐蚀燃气冲刷和交变载荷的冲击。现有船用柴油机进、排气门通常采用等离子堆焊钴、镍、铁基等类似合金，与其他堆焊技术相比，等离子堆焊过程中基体材料与堆焊材料的互熔较少，堆焊材料特性变化小；另外采用合金粉末作为堆焊材料能够提高合金设计的自由度，使堆焊难熔材料成为可能，从而大幅度提高工件的耐磨、耐高温、耐腐蚀性。针对气门产品，堆焊设备采用逆变电源、喷射式送粉等离子焊枪及数字化控制系统后，实现了精细、精确控制，充分发挥了等离子堆焊的优越性，生产工艺得以稳定，达到了95％以上的一次性成品合格率。

然而等离子堆焊有它的优势，也有它的缺点，在气门产品上面，焊接存在热输入、稀释率过大两个问题。焊接热输入过大导致焊接应力过大，进而存在以下问题。

1、气门整体结构性能产生影响：当外载荷的应力和基体中的残余应力叠加在一起达到材料本身的屈服点时，这部分区域材料发生永久的塑性变形，降低了材料的疲劳性能,致使该部分结构的有效使用截面受到严重影响。

2、气门疲劳强度产生影响：由于气门中存在残余应力，当气门在工作中时，与阀座反复撞击承受交变载荷，产生工作应力，外部载荷和内部残余应力的双重作用导致气门合金焊缝区和融合区产生裂纹，降低了疲劳强度。

另外，稀释率过大，基体金属混入堆焊层中的量多，改变了堆焊合金的化学成分，直接影响堆焊层的固有性能，硬度HRC值平均降低3～5个点，耐磨耐腐蚀性能降低；并且母材被焊缝过多的稀释引起成分变化，降低了熔合区基体性能，使得气门综合性能下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种柴油机气门密封面的激光熔覆方法，其能够获得组织致密、性能良好的熔覆层，提高气门密封面的耐磨性、可靠性和使用寿命，有效解决现有等离子堆焊的焊接热输入过大和稀释率过大的问题。

本发明所述的船用柴油机气门密封面的激光熔覆方法，其包括如下步骤：

S1，在气门头部的密封面部位制作环形凹槽；

S2，对气门进行预热处理，预热温度为200～500℃，预热时间为1～1.5h，然后将气门固定于转台上，调整转台角度，使得凹槽开口位于铅垂面内；

S3，将激光器固定于凹槽正上方，启动转台，气门以中轴线为中心开始旋转，采用同轴同步送粉的方式进行激光熔覆，在凹槽位置得到熔覆层，所述激光熔覆的工艺参数为：激光功率为2.0～6.0kW，激光光斑为直径2～7mm的圆形光斑，送粉量为10～40g/min，扫描速率为50～400mm/min，保护气体为纯度≥99.99％的氦气；

S4，对气门进行去应力热处理，热处理温度为400～650℃，热处理时间为1.5～2.5h。

进一步，所述S1中的气门为整体锻造，其材质为奥氏体不锈钢或马氏体不锈钢；或者气门为分体锻造，气门杆部的材质为奥氏体不锈钢，头部的材质为马氏体不锈钢，杆部和头部通过摩擦焊固定连接；或者气门为分体锻造，气门杆部的材质为马氏体不锈钢，头部的材质为奥氏体不锈钢，杆部和头部通过摩擦焊固定连接。