本發(fā)明屬于表面改性，特別涉及一種面向于閥座密封面的激光熔覆方法。

背景技術(shù)：

1、閥門是控制流體的方向、壓力、流量的裝置，其中閥座是閥門中的關(guān)鍵部件，主要負(fù)責(zé)在閥門關(guān)閉時形成密封，防止流體泄漏。閥門密封面作為閥座上實現(xiàn)流體密封的核心區(qū)域，其質(zhì)量直接關(guān)系到閥門的密封性能和使用壽命，因此需要通過表面改性技術(shù)提升閥座密封面的耐磨損、耐腐蝕等性能。

2、目前，閥座密封面的表面改性加工工藝主要包含堆焊、激光熔覆等。其中，堆焊通常采用電弧為熱源、絲材為原料，例如申請?zhí)枮閏n201510326842.0的專利提出了球墨鑄鐵閥門基體上堆焊不銹鋼密封面的工藝，堆焊密封面強(qiáng)度可靠、性能穩(wěn)定，無氣孔、裂紋等缺陷，焊材利用率高，工藝簡單，操作方便。但是，堆焊工藝往往存在稀釋率較大、熱變形嚴(yán)重等問題，因此具有稀釋率低和熱變形小等優(yōu)勢的激光熔覆工藝在閥座密封面加工領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。例如，申請?zhí)枮閏n202411646134.0的專利提出了一種鎳基高溫合金、包含其的閥門密封面以及閥門密封面的制備方法，通過對鎳基高溫合金化學(xué)成分的優(yōu)化與設(shè)計，采用送粉式激光熔覆工藝使得閥門密封面能夠承受閥芯與閥座的頻繁接觸撞擊和蒸汽沖刷所產(chǎn)生的交變應(yīng)力，從而顯著提升高溫高壓閥門密封面的可靠性和壽命。可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的激光熔覆工藝很難滿足閥座的高質(zhì)量、低成本表面改性加工需求，這主要是因為現(xiàn)有的激光熔覆工藝下的熔覆層表層宏觀形貌與成品尺寸存在較大差異，導(dǎo)致后續(xù)機(jī)加工工作量較大，同時送粉式激光熔覆工藝存在原料利用率低、熔覆層厚度較薄等問題。

3、為此，本專利提出一種面向于閥門密封面的激光熔覆方法，即通過激光熔絲-激光熔粉的協(xié)同加工，實現(xiàn)熔覆層表面平整、合金元素含量合理分布，為閥座的表面改性加工提供一種高質(zhì)量、低成本的解決途徑。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，基于激光熔絲-激光熔粉的協(xié)同加工，具有熔覆層表面平整、元素含量分布合理、質(zhì)量高和成本低的優(yōu)勢，提出了一種面向于閥座密封面的激光熔覆方法。為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

2、（1）開槽加工：在閥座待表面強(qiáng)化位置處實施凹槽加工，凹槽深度2.3~3.5mm，凹槽底面寬度5~12mm；

3、（2）激光熔覆光路系統(tǒng)構(gòu)建：利用銅制積分鏡形成適用于激光熔絲加工的環(huán)形光斑，利用微透鏡陣列形成適用于激光熔粉加工的平頂矩形光斑；

4、具體來說，所述光學(xué)系統(tǒng)主要由準(zhǔn)直鏡、雙面成環(huán)反射積分鏡、絲加工勻化積分鏡、絲加工聚焦鏡、絲加工保護(hù)鏡、粉加工反射鏡、粉加工微透鏡ⅰ、粉加工微透鏡ⅱ、粉加工聚焦鏡、粉加工保護(hù)鏡組成；激光經(jīng)準(zhǔn)直鏡后通過雙面成環(huán)反射積分鏡，將入射光束分成若干個子光束并選擇性反射到勻化積分鏡上呈兩個間隔對稱分布的半環(huán)形光束，為送絲裝置的通過提供充足的空間，絲加工勻化積分鏡將入射的兩個半環(huán)形光束合環(huán)，并實施勻化處理，再經(jīng)過絲加工聚焦鏡聚焦獲得內(nèi)徑為1.7±0.2mm、環(huán)寬為0.4~0.7mm的環(huán)形光束，同時利用絲加工保護(hù)鏡防止飛濺物損傷內(nèi)部鏡片；當(dāng)從激光熔絲加工切換到激光熔粉加工時，將雙面成環(huán)反射積分鏡逆時針旋轉(zhuǎn)90°，使準(zhǔn)直光束經(jīng)雙面成環(huán)反射積分鏡和粉加工反射鏡的兩次反射作用進(jìn)入到粉加工微透鏡ⅰ、粉加工微透鏡ⅱ和粉加工聚焦鏡，同時通過調(diào)整粉加工微透鏡ⅰ和粉加工微透鏡ⅱ之間的間距，獲得光斑尺寸可變、光斑能量均勻分布的矩形光斑；

5、（3）激光熔絲加工：采用光內(nèi)同軸送絲方式實施激光熔絲加工，激光功率為激光功率為1200~2700w，掃描速度為8~12mm/s，送絲速度為35~55mm/s，搭接率為30%~60%，保護(hù)氣為氬氣；

6、（4）粉末預(yù)置：采用粉末輸送-輥壓一體化裝置對激光熔絲加工后的閥座密封面處進(jìn)行粉末預(yù)置處理；

7、具體來說，粉末輸送-輥壓一體化裝置由送粉主體、動力機(jī)構(gòu)、抬升塊、送粉接頭、輥子、輥子限位架組成；動力機(jī)構(gòu)主要由固定支架、電機(jī)、小錐齒輪、螺桿、大錐齒輪；該裝置通過送粉主體的抱箍式結(jié)構(gòu)固定在送粉激光加工頭上，其安裝高度以輥子底部與閥座表面接觸且加工頭底部高于閥座表面為準(zhǔn)；具體的鋪粉操作流程如下：粉末從送粉器中送出，經(jīng)過送粉接頭送入送粉主體中，通過送粉主體的送粉嘴部分送出粉末；通過動力機(jī)構(gòu)控制輥子向下壓緊粉末減少空隙；最后通過三軸運(yùn)動平臺控制送粉激光加工頭繞閥座密封面環(huán)形運(yùn)動，三者結(jié)合實現(xiàn)鋪粉；

8、（5）激光熔粉加工：利用矩形光斑對預(yù)置粉末進(jìn)行輻照，激光功率為4200~5500w，掃描速度為3~7mm/s，保護(hù)氣為氬氣。

9、根據(jù)上文的技術(shù)方案，優(yōu)選的情況下，步驟（1）中凹槽的斜坡角度為20±3°。

10、根據(jù)上文的技術(shù)方案，優(yōu)選的情況下，步驟（2）中環(huán)形光斑和矩形光斑的光斑能量分布均勻性不低于95%。

11、根據(jù)上文的技術(shù)方案，優(yōu)選的情況下，步驟（2）中矩形光斑的長度為6~20mm、寬度為2~5mm。

12、根據(jù)上文的技術(shù)方案，優(yōu)選的情況下，步驟（2）中雙面成環(huán)反射積分鏡（2）旋轉(zhuǎn)通過步進(jìn)電機(jī)控制實現(xiàn)。

13、根據(jù)上文的技術(shù)方案，優(yōu)選的情況下，步驟（3）中若閥座材質(zhì)為碳鋼，絲材選用0.08%≤c≤0.15%，11.0%≤cr≤13.0%，0.5%≤mn≤1.5%，0.1%≤ni≤0.2%，0.5%≤si≤1.5%，fe余量；若閥座材質(zhì)為不銹鋼，絲材選用0.9%≤c≤1.4%，27.0%≤cr≤29.0%，3.5%≤w≤4.5%，ni≤3.0%，si≤1.5%，co余量。

14、根據(jù)上文的技術(shù)方案，優(yōu)選的情況下，步驟（4）中球形粉末的粒徑為53~150μm。

15、根據(jù)上文的技術(shù)方案，優(yōu)選的情況下，步驟（4）中預(yù)置粉末之前，需要采用碗型鋼絲輪頭角磨機(jī)去除激光熔絲層的表面渣殼。

16、根據(jù)上文的技術(shù)方案，優(yōu)選的情況下，步驟（5）中若閥座材質(zhì)為碳鋼，粉末選用0.08%≤c≤0.15%，13.0%≤cr≤15.0%，0.5%≤mn≤1.5%，0.2%≤ni≤0.3%，0.5%≤si≤1.5%，fe余量；若閥座材質(zhì)為不銹鋼，粉末選用0.9%≤c≤1.4%，29.0%≤cr≤31.0%，4.5%≤w≤5.5%，ni≤3.0%，si≤1.5%，co余量。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

18、（1）本發(fā)明針對閥座密封面的表面改性加工需求，提出了一種激光熔絲-激光熔粉協(xié)同加工方法，即利用雙面成環(huán)反射積分鏡的翻轉(zhuǎn)實現(xiàn)環(huán)形光斑和矩形光斑的在線切換，一方面先通過原料利用率較高的激光熔絲工藝獲得合金元素含量相對較低、成形質(zhì)量優(yōu)良的熔覆層底部；另一方面，采用粉末預(yù)置+矩形勻化光斑輻照的方式實現(xiàn)熔覆層宏觀形貌接近于成品要求，顯著減少后續(xù)機(jī)加工工作量。

19、（2）本發(fā)明是在激光熔絲層上直接進(jìn)行鋪粉、壓實，隨后再進(jìn)行激光輻照，從而大幅度提高粉末的利用率，同時緊實的預(yù)置粉末將減少熔覆層的孔隙數(shù)量。

技術(shù)特征：

1.一種面向于閥座密封面的激光熔覆方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)上文的技術(shù)方案，優(yōu)選的情況下，步驟（1）中凹槽的斜坡角度為20±3°。

3.根據(jù)上文的技術(shù)方案，優(yōu)選的情況下，步驟（2）中環(huán)形光斑和矩形光斑的光斑能量分布均勻性不低于95%。

4.根據(jù)上文的技術(shù)方案，優(yōu)選的情況下，步驟（2）中矩形光斑的長度為6~20mm、寬度為2~5mm。

5.根據(jù)上文的技術(shù)方案，優(yōu)選的情況下，步驟（2）中雙面成環(huán)反射積分鏡（2）旋轉(zhuǎn)通過步進(jìn)電機(jī)控制實現(xiàn)。

6.根據(jù)上文的技術(shù)方案，優(yōu)選的情況下，步驟（3）中若閥座材質(zhì)為碳鋼，絲材選用0.08%≤c≤0.15%，11.0%≤cr≤13.0%，0.5%≤mn≤1.5%，0.1%≤ni≤0.2%，0.5%≤si≤1.5%，fe余量；若閥座材質(zhì)為不銹鋼，絲材選用0.9%≤c≤1.4%，27.0%≤cr≤29.0%，3.5%≤w≤4.5%，ni≤3.0%，si≤1.5%，co余量。

7.根據(jù)上文的技術(shù)方案，優(yōu)選的情況下，步驟（4）中粉末為球形粉末，粒徑在53~150μm。

8.根據(jù)上文的技術(shù)方案，優(yōu)選的情況下，步驟（4）中預(yù)置粉末之前，需要采用碗型鋼絲輪頭角磨機(jī)去除激光熔絲層的表面渣殼。

9.根據(jù)上文的技術(shù)方案，優(yōu)選的情況下，步驟（5）中若閥座材質(zhì)為碳鋼，粉末選用0.08%≤c≤0.15%，13.0%≤cr≤15.0%，0.5%≤mn≤1.5%，0.2%≤ni≤0.3%，0.5%≤si≤1.5%，fe余量；若閥座材質(zhì)為不銹鋼，粉末選用0.9%≤c≤1.4%，29.0%≤cr≤31.0%，4.5%≤w≤5.5%，ni≤3.0%，si≤1.5%，co余量。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種面向于閥座密封面的激光熔覆方法，包括如下步驟：首先，依據(jù)閥座規(guī)格在閥座密封面上開出加工所需凹槽，再根據(jù)閥座密封面材質(zhì)選擇絲材對閥座密封面進(jìn)行光內(nèi)同軸送絲式激光熔覆，然后去除渣殼、并依據(jù)閥座密封面材質(zhì)選擇粉末并使用鋪粉裝置實施粉末預(yù)置，最后利用矩形光斑對預(yù)置粉末進(jìn)行輻照。依托激光熔絲?激光熔粉協(xié)同加工，獲得合金元素含量分布合理、宏觀形貌接近成品要求的熔覆層。

技術(shù)研發(fā)人員：陳潔,金海舟,孫健翔,潘路易莎,黃培培,高文煙,李小飛,張曉莉,黃詩睿
受保護(hù)的技術(shù)使用者：新海閥門有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15