一種渦輪增壓器的渦輪轉子激光復合加工方法
【專利摘要】本發明公開了一種渦輪增壓器的渦輪轉子激光復合加工方法，包括以下步驟：(1)對渦輪與轉子軸進行超聲波清洗，去除工件表面雜質與油跡；(2)對渦輪與轉子軸的連接處進行激光焊接加工，激光功率密度設置為106?107W/cm2；(3)對渦輪轉子中的轉子軸與浮動軸承配合的軸頸外圓工作外表面進行激光表面淬火處理，以在轉子軸與浮動軸承配合的軸頸外圓工作外表面形成淬硬層，激光功率密度設置為104?106W/cm2。本發明的有益效果在于：1、焊接速度快，熱影響區小，焊接變形小，且焊接抗拉強度好；2、提高轉子軸的表面力學性能與抗磨性能；3、可免除渦輪轉子傳統的退火、淬火、精磨軸等工序，提高生產效率，降低加工成本。
【專利說明】
一種渦輪増壓器的渦輪轉子激光復合加工方法
技術領域
[0001] 本發明涉及渦輪增壓器領域，特別涉及一種渦輪增壓器的渦輪轉子激光復合加工 方法。
【背景技術】
[0002] 渦輪轉子渦輪增壓器是的最為關鍵的零部件之一，在渦輪增壓器中，渦輪轉子的 作用是通過渦輪吸收來自汽車尾氣的能量并經過轉子軸傳遞給葉輪，并承受來自渦端、壓 端與軸承的交變負荷、振動以及摩擦力作用。隨著現代發動機強化程度不斷增強，特別各國 對環境法規要求越來越嚴格，導致渦輪增壓器工作轉速與壓比不斷提高（目前渦輪增壓器 轉子軸最高工作轉速已超過每分鐘25萬轉，壓比超過4)，其承受的軸向、徑向交變負荷與振 動也越來越復雜，這對渦輪增壓器渦輪轉子軸的設計、制造提出了更高的要求。
[0003] 傳統的渦輪轉子制造流程為:毛坯、摩擦焊、退火、粗車、淬火、精車、精磨軸、清洗、 動平衡、入庫。摩擦焊是將渦輪與轉子軸進行物理上連接起來，摩擦焊具有勞動生產率高、 生產成本低等優點，但其存在轉子軸材料利用率較低、焊接強度不均勻以及需進行后續退 火去應力處理的不足;淬火工序主要為采用高頻淬火對轉子軸與浮動軸承配合的軸頸外圓 工作面進行淬硬，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備，投資 大、資源占用多、能耗高、污染重，而且還需進行后續精磨軸工序。
[0004] 激光加工技術是利用激光束與工件相互作用的特性，對材料進行焊接、表面處理 等的一門加工技術。激光加工作為先進制造技術已廣泛應用于汽車制造、航空航天、船舶制 造、冶金、機械制造等國民經濟重要部門，對提高產品質量、勞動生產率、自動化、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軸的方法，但是該方法的激光功率較低，使得渦輪轉盤和轉軸的 連接強度受限，而且該方法也沒有對轉軸進行處理，所以生產出來的渦輪增壓器的轉子還 是不符合要求。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于針對現有技術的不足和缺陷，提供一種渦輪增壓器的渦輪轉子 激光復合加工方法，以解決上述問題。
[0007] 本發明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現：
[0008] -種渦輪增壓器的渦輪轉子激光復合加工方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0009] (1)對渦輪與轉子軸進行超聲波清洗，去除工件表面雜質與油跡；
[0010] (2)對渦輪與轉子軸的連接處進行激光焊接加工，激光功率密度設置為106_10、/ cm2 ；
[0011] (3)對渦輪轉子中的轉子軸與浮動軸承配合的軸頸外圓工作外表面進行激光表面 淬火處理，以在轉子軸與浮動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 設置為 l〇4-l〇6W/cm2。
[0012] 在本發明的一個優選實施例中，所述步驟(1)中采用無水乙醇進行超聲波清洗。
[0013] 在本發明的一個優選實施例中，所述步驟(2)中的渦輪與轉子軸的連接處的焊縫 寬度為l-2mm，焊接深度為3-7mm，此時焊縫區域的拉伸強度優于或等于原母材，無焊接裂 紋，其中激光焊接參數為:離焦量為30-80mm，焊接速度為50-1 OOmm/s。
[0014] 在本發明的一個優選實施例中，所述步驟(2)中的轉子軸是毛坯軸或者完成機加 后的成品軸。
[0015] 在本發明的一個優選實施例中，所述步驟(3)中的淬硬層厚度為0.3-0.8mm，硬度 為50-54HRC，其中對轉子軸的淬硬層通過對加工區域的逐點掃描完成，掃描速度為120-200mm/s，相鄰掃描點存在重疊區域，重疊率為30 %-80 %。
[0016] 由于采用了如上的技術方案，本發明的有益效果在于：
[0017] 1、本發明通過激光焊接渦輪增壓器的渦輪轉子，焊接速度快，熱影響區小，焊接變 形小，且焊接抗拉強度好，轉子軸材料利用率高，無污染，無噪聲；2通過激光表面淬火處理 渦輪轉子的轉子軸與浮動軸承配合的軸頸外圓工作外表面，形成一層淬硬層，提高轉子軸 的表面力學性能與抗磨性能;3、對渦輪轉子的激光焊接與激光表面淬火處理可免除渦輪轉 子傳統的退火、淬火、精磨軸等工序，提高生產效率，降低加工成本，提高產品競爭力。
【附圖說明】
[0018] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術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 發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0019] 圖1是本發明一種實施例加工后的渦輪轉子的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020] 為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面進 一步闡述本發明。
[0021] 參見圖1所示的一種渦輪增壓器的渦輪轉子100,包括渦輪10與轉子軸20。結合以 下各實施例進行說明。
[0022] 實施例1
[0023] -種渦輪增壓器的渦輪轉子激光復合加工方法，包括以下步驟：
[0024] (1)采用無水乙醇對渦輪10與轉子軸20進行超聲波清洗，去除工件表面雜質與油 跡；
[0025] (2)對渦輪10與轉子軸20的連接處進行激光焊接加工，激光功率密度設置為106W/ cm2 (對應的激光功率密度在融化區間），渦輪10與轉子軸20的連接處的焊縫1寬度為1mm，焊 接深度為3mm，此時焊縫1區域的拉伸強度優于或等于原母材，無焊接裂紋，其中激光焊接參 數為:離焦量為30mm，焊接速度為50mm/s，轉子軸20是完成機加后的成品軸。
[0026] (3)對渦輪轉子100中的轉子軸20與浮動軸承配合的軸頸外圓工作外表面21進行 激光表面淬火處理，以在轉子軸20與浮動軸承配合的軸頸外圓工作外表面21形成淬硬層 21a，激光功率密度設置為104W/cm2(對應的激光功率密度在局部熔化或蒸發區間），淬硬層 21a厚度為0.3mm，硬度為50HRC，其中對轉子軸20的淬硬層21a通過對加工區域的逐點掃描 完成，掃描速度為120mm/s，相鄰掃描點存在重疊區域，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光纖激光 器上進行。
[0028] 實施例2
[0029] -種渦輪增壓器的渦輪轉子激光復合加工方法，包括以下步驟：
[0030] (1)采用無水乙醇對渦輪10與轉子軸20進行超聲波清洗，去除工件表面雜質與油 跡；
[0031] (2)對渦輪10與轉子軸20的連接處進行激光焊接加工，激光功率密度設置為5 X 106W/cm2(對應的激光功率密度在融化區間），渦輪10與轉子軸20的連接處的焊縫1寬度為 1.5mm，焊接深度為5mm，此時焊縫1區域的拉伸強度優于或等于原母材，無焊接裂紋，其中激 光焊接參數為:離焦量為55mm，焊接速度為75mm/s，轉子軸20是完成機加后的成品軸；
[0032] (3)對渦輪轉子100中的轉子軸20與浮動軸承配合的軸頸外圓工作外表面21進行 激光表面淬火處理，以在轉子軸20與浮動軸承配合的軸頸外圓工作外表面21形成淬硬層 21a，激光功率密度設置為105W/cm2(對應的激光功率密度在局部熔化或蒸發區間），淬硬層 21a厚度為0.55mm，硬度為52HRC，其中對轉子軸20的淬硬層21a通過對加工區域的逐點掃描 完成，掃描速度為160mm/s，相鄰掃描點存在重疊區域，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光纖激光 器上進行。
[0034] 實施例3
[0035] -種渦輪增壓器的渦輪轉子激光復合加工方法，包括以下步驟：
[0036] (1)采用無水乙醇對渦輪10與轉子軸20進行超聲波清洗，去除工件表面雜質與油 跡；
[0037] (2)對渦輪10與轉子軸20的連接處進行激光焊接加工，激光功率密度設置為10、/ cm2 (對應的激光功率密度在融化區間），渦輪10與轉子軸20的連接處的焊縫1寬度為2mm，焊 接深度為7mm，此時焊縫1區域的拉伸強度優于或等于原母材，無焊接裂紋，其中激光焊接參 數為:離焦量為80mm，焊接速度為100mm/ S，轉子軸20是完成機加后的成品軸；
[0038] (3)對渦輪轉子100中的轉子軸20與浮動軸承配合的軸頸外圓工作外表面21進行 激光表面淬火處理，以在轉子軸20與浮動軸承配合的軸頸外圓工作外表面21形成淬硬層 21a，激光功率密度設置為106W/cm2(對應的激光功率密度在局部熔化或蒸發區間），淬硬層 21a厚度為0.8mm，硬度為54HRC，其中對轉子軸20的淬硬層21a通過對加工區域的逐點掃描 完成，掃描速度為200mm/s，相鄰掃描點存在重疊區域，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光纖激光 器上進行。
[0040] 參見上述各實施例與現有技術的渦輪轉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明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術 人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其 等效物界定。
【主權項】
1. 一種渦輪增壓器的渦輪轉子激光復合加工方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 對渦輪與轉子軸進行超聲波清洗，去除工件表面雜質與油跡； (2) 對渦輪與轉子軸的連接處進行激光焊接加工，激光功率密度設置為106-107W/cm2; (3) 對渦輪轉子中的轉子軸與浮動軸承配合的軸頸外圓工作外表面進行激光表面淬火 處理，以在轉子軸與浮動軸承配合的軸頸外圓工作外表面形成淬硬層，激光功率密度設置 為 104-106W/cm2〇2. 如權利要求1所述的一種渦輪增壓器的渦輪轉子激光復合加工方法，其特征在于，所 述步驟(1)中采用無水乙醇進行超聲波清洗。3. 如權利要求1所述的一種渦輪增壓器的渦輪轉子激光復合加工方法，其特征在于，所 述步驟(2)中的渦輪與轉子軸的連接處的焊縫寬度為1-2_，焊接深度為3-7_，此時焊縫區 域的拉伸強度優于或等于原母材，無焊接裂紋，其中激光焊接參數為:離焦量為30-80mm，焊 接速度為50-100mm/s。4. 如權利要求1所述的一種渦輪增壓器的渦輪轉子激光復合加工方法，其特征在于，所 述步驟(2)中的轉子軸是毛坯軸或者完成機加后的成品軸。5. 如權利要求1所述的一種渦輪增壓器的渦輪轉子激光復合加工方法，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，其中對轉子軸的淬硬層通過對 加工區域的逐點掃描完成，掃描速度為120-200mm/s，相鄰掃描點存在重疊區域，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
【發明人】程云榮, 張愛明, 楊國旗
【申請人】湖南天雁機械有限責任公司