一種渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)子激光復(fù)合加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)子激光復(fù)合加工方法，包括以下步驟：(1)對渦輪與轉(zhuǎn)子軸進(jìn)行超聲波清洗，去除工件表面雜質(zhì)與油跡；(2)對渦輪與轉(zhuǎn)子軸的連接處進(jìn)行激光焊接加工，激光功率密度設(shè)置為106?107W/cm2；(3)對渦輪轉(zhuǎn)子中的轉(zhuǎn)子軸與浮動(dòng)軸承配合的軸頸外圓工作外表面進(jìn)行激光表面淬火處理，以在轉(zhuǎn)子軸與浮動(dòng)軸承配合的軸頸外圓工作外表面形成淬硬層，激光功率密度設(shè)置為104?106W/cm2。本發(fā)明的有益效果在于：1、焊接速度快，熱影響區(qū)小，焊接變形小，且焊接抗拉強(qiáng)度好；2、提高轉(zhuǎn)子軸的表面力學(xué)性能與抗磨性能；3、可免除渦輪轉(zhuǎn)子傳統(tǒng)的退火、淬火、精磨軸等工序，提高生產(chǎn)效率，降低加工成本。
【專利說明】
一種渦輪増壓器的渦輪轉(zhuǎn)子激光復(fù)合加工方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及渦輪增壓器領(lǐng)域，特別涉及一種渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)子激光復(fù)合加工 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 渦輪轉(zhuǎn)子渦輪增壓器是的最為關(guān)鍵的零部件之一，在渦輪增壓器中，渦輪轉(zhuǎn)子的 作用是通過渦輪吸收來自汽車尾氣的能量并經(jīng)過轉(zhuǎn)子軸傳遞給葉輪，并承受來自渦端、壓 端與軸承的交變負(fù)荷、振動(dòng)以及摩擦力作用。隨著現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度不斷增強(qiáng)，特別各國 對環(huán)境法規(guī)要求越來越嚴(yán)格，導(dǎo)致渦輪增壓器工作轉(zhuǎn)速與壓比不斷提高（目前渦輪增壓器 轉(zhuǎn)子軸最高工作轉(zhuǎn)速已超過每分鐘25萬轉(zhuǎn)，壓比超過4)，其承受的軸向、徑向交變負(fù)荷與振 動(dòng)也越來越復(fù)雜，這對渦輪增壓器渦輪轉(zhuǎn)子軸的設(shè)計(jì)、制造提出了更高的要求。
[0003] 傳統(tǒng)的渦輪轉(zhuǎn)子制造流程為:毛坯、摩擦焊、退火、粗車、淬火、精車、精磨軸、清洗、 動(dòng)平衡、入庫。摩擦焊是將渦輪與轉(zhuǎn)子軸進(jìn)行物理上連接起來，摩擦焊具有勞動(dòng)生產(chǎn)率高、 生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，但其存在轉(zhuǎn)子軸材料利用率較低、焊接強(qiáng)度不均勻以及需進(jìn)行后續(xù)退 火去應(yīng)力處理的不足;淬火工序主要為采用高頻淬火對轉(zhuǎn)子軸與浮動(dòng)軸承配合的軸頸外圓 工作面進(jìn)行淬硬，提高表面硬度，但在此處理過程中不僅需要專用配套的熱處理設(shè)備，投資 大、資源占用多、能耗高、污染重，而且還需進(jìn)行后續(xù)精磨軸工序。
[0004] 激光加工技術(shù)是利用激光束與工件相互作用的特性，對材料進(jìn)行焊接、表面處理 等的一門加工技術(shù)。激光加工作為先進(jìn)制造技術(shù)已廣泛應(yīng)用于汽車制造、航空航天、船舶制 造、冶金、機(jī)械制造等國民經(jīng)濟(jì)重要部門，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、勞動(dòng)生產(chǎn)率、自動(dòng)化、無污染等 方面起到越來越重要的作用。
[0005] 雖然，目前有中國專利公開號為CN101480760A(【公開日】為2009年7月15日）公開了 一種激光焊接渦輪盤與轉(zhuǎn)軸的方法，但是該方法的激光功率較低，使得渦輪轉(zhuǎn)盤和轉(zhuǎn)軸的 連接強(qiáng)度受限，而且該方法也沒有對轉(zhuǎn)軸進(jìn)行處理，所以生產(chǎn)出來的渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子還 是不符合要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)子 激光復(fù)合加工方法，以解決上述問題。
[0007] 本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0008] -種渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)子激光復(fù)合加工方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0009] (1)對渦輪與轉(zhuǎn)子軸進(jìn)行超聲波清洗，去除工件表面雜質(zhì)與油跡；
[0010] (2)對渦輪與轉(zhuǎn)子軸的連接處進(jìn)行激光焊接加工，激光功率密度設(shè)置為106_10、/ cm2 ；
[0011] (3)對渦輪轉(zhuǎn)子中的轉(zhuǎn)子軸與浮動(dòng)軸承配合的軸頸外圓工作外表面進(jìn)行激光表面 淬火處理，以在轉(zhuǎn)子軸與浮動(dòng)軸承配合的軸頸外圓工作外表面形成淬硬層，激光功率密度 設(shè)置為 l〇4-l〇6W/cm2。
[0012] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述步驟(1)中采用無水乙醇進(jìn)行超聲波清洗。
[0013] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述步驟(2)中的渦輪與轉(zhuǎn)子軸的連接處的焊縫 寬度為l-2mm，焊接深度為3-7mm，此時(shí)焊縫區(qū)域的拉伸強(qiáng)度優(yōu)于或等于原母材，無焊接裂 紋，其中激光焊接參數(shù)為:離焦量為30-80mm，焊接速度為50-1 OOmm/s。
[0014] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述步驟(2)中的轉(zhuǎn)子軸是毛坯軸或者完成機(jī)加 后的成品軸。
[0015] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述步驟(3)中的淬硬層厚度為0.3-0.8mm，硬度 為50-54HRC，其中對轉(zhuǎn)子軸的淬硬層通過對加工區(qū)域的逐點(diǎn)掃描完成，掃描速度為120-200mm/s，相鄰掃描點(diǎn)存在重疊區(qū)域，重疊率為30 %-80 %。
[0016] 由于采用了如上的技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果在于：
[0017] 1、本發(fā)明通過激光焊接渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)子，焊接速度快，熱影響區(qū)小，焊接變 形小，且焊接抗拉強(qiáng)度好，轉(zhuǎn)子軸材料利用率高，無污染，無噪聲；2通過激光表面淬火處理 渦輪轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子軸與浮動(dòng)軸承配合的軸頸外圓工作外表面，形成一層淬硬層，提高轉(zhuǎn)子軸 的表面力學(xué)性能與抗磨性能;3、對渦輪轉(zhuǎn)子的激光焊接與激光表面淬火處理可免除渦輪轉(zhuǎn) 子傳統(tǒng)的退火、淬火、精磨軸等工序，提高生產(chǎn)效率，降低加工成本，提高產(chǎn)品競爭力。
【附圖說明】
[0018] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019] 圖1是本發(fā)明一種實(shí)施例加工后的渦輪轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面進(jìn) 一步闡述本發(fā)明。
[0021] 參見圖1所示的一種渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)子100,包括渦輪10與轉(zhuǎn)子軸20。結(jié)合以 下各實(shí)施例進(jìn)行說明。
[0022] 實(shí)施例1
[0023] -種渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)子激光復(fù)合加工方法，包括以下步驟：
[0024] (1)采用無水乙醇對渦輪10與轉(zhuǎn)子軸20進(jìn)行超聲波清洗，去除工件表面雜質(zhì)與油 跡；
[0025] (2)對渦輪10與轉(zhuǎn)子軸20的連接處進(jìn)行激光焊接加工，激光功率密度設(shè)置為106W/ cm2 (對應(yīng)的激光功率密度在融化區(qū)間），渦輪10與轉(zhuǎn)子軸20的連接處的焊縫1寬度為1mm，焊 接深度為3mm，此時(shí)焊縫1區(qū)域的拉伸強(qiáng)度優(yōu)于或等于原母材，無焊接裂紋，其中激光焊接參 數(shù)為:離焦量為30mm，焊接速度為50mm/s，轉(zhuǎn)子軸20是完成機(jī)加后的成品軸。
[0026] (3)對渦輪轉(zhuǎn)子100中的轉(zhuǎn)子軸20與浮動(dòng)軸承配合的軸頸外圓工作外表面21進(jìn)行 激光表面淬火處理，以在轉(zhuǎn)子軸20與浮動(dòng)軸承配合的軸頸外圓工作外表面21形成淬硬層 21a，激光功率密度設(shè)置為104W/cm2(對應(yīng)的激光功率密度在局部熔化或蒸發(fā)區(qū)間），淬硬層 21a厚度為0.3mm，硬度為50HRC，其中對轉(zhuǎn)子軸20的淬硬層21a通過對加工區(qū)域的逐點(diǎn)掃描 完成，掃描速度為120mm/s，相鄰掃描點(diǎn)存在重疊區(qū)域，重疊率為30%。
[0027] 步驟(2)與步驟(3)中的激光焊接與激光表面淬火加工處理是在同一臺(tái)光纖激光 器上進(jìn)行。
[0028] 實(shí)施例2
[0029] -種渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)子激光復(fù)合加工方法，包括以下步驟：
[0030] (1)采用無水乙醇對渦輪10與轉(zhuǎn)子軸20進(jìn)行超聲波清洗，去除工件表面雜質(zhì)與油 跡；
[0031] (2)對渦輪10與轉(zhuǎn)子軸20的連接處進(jìn)行激光焊接加工，激光功率密度設(shè)置為5 X 106W/cm2(對應(yīng)的激光功率密度在融化區(qū)間），渦輪10與轉(zhuǎn)子軸20的連接處的焊縫1寬度為 1.5mm，焊接深度為5mm，此時(shí)焊縫1區(qū)域的拉伸強(qiáng)度優(yōu)于或等于原母材，無焊接裂紋，其中激 光焊接參數(shù)為:離焦量為55mm，焊接速度為75mm/s，轉(zhuǎn)子軸20是完成機(jī)加后的成品軸；
[0032] (3)對渦輪轉(zhuǎn)子100中的轉(zhuǎn)子軸20與浮動(dòng)軸承配合的軸頸外圓工作外表面21進(jìn)行 激光表面淬火處理，以在轉(zhuǎn)子軸20與浮動(dòng)軸承配合的軸頸外圓工作外表面21形成淬硬層 21a，激光功率密度設(shè)置為105W/cm2(對應(yīng)的激光功率密度在局部熔化或蒸發(fā)區(qū)間），淬硬層 21a厚度為0.55mm，硬度為52HRC，其中對轉(zhuǎn)子軸20的淬硬層21a通過對加工區(qū)域的逐點(diǎn)掃描 完成，掃描速度為160mm/s，相鄰掃描點(diǎn)存在重疊區(qū)域，重疊率為55%。
[0033] 步驟(2)與步驟(3)中的激光焊接與激光表面淬火加工處理是在同一臺(tái)光纖激光 器上進(jìn)行。
[0034] 實(shí)施例3
[0035] -種渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)子激光復(fù)合加工方法，包括以下步驟：
[0036] (1)采用無水乙醇對渦輪10與轉(zhuǎn)子軸20進(jìn)行超聲波清洗，去除工件表面雜質(zhì)與油 跡；
[0037] (2)對渦輪10與轉(zhuǎn)子軸20的連接處進(jìn)行激光焊接加工，激光功率密度設(shè)置為10、/ cm2 (對應(yīng)的激光功率密度在融化區(qū)間），渦輪10與轉(zhuǎn)子軸20的連接處的焊縫1寬度為2mm，焊 接深度為7mm，此時(shí)焊縫1區(qū)域的拉伸強(qiáng)度優(yōu)于或等于原母材，無焊接裂紋，其中激光焊接參 數(shù)為:離焦量為80mm，焊接速度為100mm/ S，轉(zhuǎn)子軸20是完成機(jī)加后的成品軸；
[0038] (3)對渦輪轉(zhuǎn)子100中的轉(zhuǎn)子軸20與浮動(dòng)軸承配合的軸頸外圓工作外表面21進(jìn)行 激光表面淬火處理，以在轉(zhuǎn)子軸20與浮動(dòng)軸承配合的軸頸外圓工作外表面21形成淬硬層 21a，激光功率密度設(shè)置為106W/cm2(對應(yīng)的激光功率密度在局部熔化或蒸發(fā)區(qū)間），淬硬層 21a厚度為0.8mm，硬度為54HRC，其中對轉(zhuǎn)子軸20的淬硬層21a通過對加工區(qū)域的逐點(diǎn)掃描 完成，掃描速度為200mm/s，相鄰掃描點(diǎn)存在重疊區(qū)域，重疊率為80%。
[0039] 步驟(2)與步驟(3)中的激光焊接與激光表面淬火加工處理是在同一臺(tái)光纖激光 器上進(jìn)行。
[0040] 參見上述各實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)的渦輪轉(zhuǎn)子的性能對比可參見下表1所示：
[0041] 表1
[0042]
[0043] 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變 化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)子激光復(fù)合加工方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 對渦輪與轉(zhuǎn)子軸進(jìn)行超聲波清洗，去除工件表面雜質(zhì)與油跡； (2) 對渦輪與轉(zhuǎn)子軸的連接處進(jìn)行激光焊接加工，激光功率密度設(shè)置為106-107W/cm2; (3) 對渦輪轉(zhuǎn)子中的轉(zhuǎn)子軸與浮動(dòng)軸承配合的軸頸外圓工作外表面進(jìn)行激光表面淬火 處理，以在轉(zhuǎn)子軸與浮動(dòng)軸承配合的軸頸外圓工作外表面形成淬硬層，激光功率密度設(shè)置 為 104-106W/cm2〇2. 如權(quán)利要求1所述的一種渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)子激光復(fù)合加工方法，其特征在于，所 述步驟(1)中采用無水乙醇進(jìn)行超聲波清洗。3. 如權(quán)利要求1所述的一種渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)子激光復(fù)合加工方法，其特征在于，所 述步驟(2)中的渦輪與轉(zhuǎn)子軸的連接處的焊縫寬度為1-2_，焊接深度為3-7_，此時(shí)焊縫區(qū) 域的拉伸強(qiáng)度優(yōu)于或等于原母材，無焊接裂紋，其中激光焊接參數(shù)為:離焦量為30-80mm，焊 接速度為50-100mm/s。4. 如權(quán)利要求1所述的一種渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)子激光復(fù)合加工方法，其特征在于，所 述步驟(2)中的轉(zhuǎn)子軸是毛坯軸或者完成機(jī)加后的成品軸。5. 如權(quán)利要求1所述的一種渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)子激光復(fù)合加工方法，其特征在于，所 述步驟(3)中的淬硬層厚度為0.3-0.8mm，硬度為50-54HRC，其中對轉(zhuǎn)子軸的淬硬層通過對 加工區(qū)域的逐點(diǎn)掃描完成，掃描速度為120-200mm/s，相鄰掃描點(diǎn)存在重疊區(qū)域，重疊率為 30%-80%〇
【文檔編號】B23K26/24GK106001923SQ201610423755
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】程云榮, 張愛明, 楊國旗
【申請人】湖南天雁機(jī)械有限責(zé)任公司