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激光再制造專題 | 激光熔覆工藝介紹及應用案例

導語

激光再制造作為一種較為先進的修復手段,在各行業具有廣泛的用途,激光熔覆不僅可以使損傷的零部件恢復外形尺寸,還可以使其使用性能達到甚至超過新品的水平。而再制造成本僅為新品的50%,節能60%、節材70%,是重大工程裝備修復新的發展方向。

近年來,石油、煤炭、鋼鐵、電力、航空航天各行業設備老化、工件磨損、報廢,企業需要大量資金更換生產設備的零部件。同時,隨著激光再制造技術在石油、電力、航天航空等行業應用的推廣及普及、智能高效激光再制造系統的成功開發,預計激光再制造市場可達到上千億的行業規模。

行業大圖.jpg

激光再制造概念廣泛,包括激光熔覆、激光淬火、激光合金化等技術,本文從激光熔覆角度進行實際應用及工藝分析。

一、激光熔覆

激光熔覆是指以不同的填料方式(同步送粉或預置粉末)在被涂覆基體表面上放置所選擇的涂層材料,利用高能激光束(104-106W/cm2)輻照,涂層材料與基體材料成冶金結合(不低于基材90%),從而顯著改善基體材料表面的耐熱、耐蝕、耐磨、抗氧化等特性。

原理圖.png 

二、激光熔覆應用及工藝說明

1、工件情況

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2、實驗目標

(1)熔覆厚度單邊0.8mm

(2)熔覆變形量<0.15m

3、工藝說明

(1)激光熔覆主要參數說明

影響激光熔覆效果有以下5大參數特性,各參數相互影響,是一個復雜的過程,必須采用合理的參數調節,匹配組成特定熔覆工藝路線。

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(2)應用參數設置

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(3)實驗設備

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創鑫激光MFMC-4000W多模連續光纖激光器波長范圍1070~1090mm, 光電轉換效率高達30%。光束質量高、穩定性佳,是厚板激光切割、激光焊接及激光熔覆、表面熱處理等應用的理想激光源。采用光纖配QBH 頭輸出,可配合激光加工頭、振鏡等與機器人、機床等進行系統集成,廣泛應用五金、醫療、汽車、船舶、航空、工程機械等領域。

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三、激光熔覆修復步驟

1. 工件檢測及預加工

首先檢測立柱表面原有電鍍層破損情況,確定熔覆區域,其次檢測立柱長度方向上的變形情況(采用目視及百分表檢測),若原始變形量(跳度)>0.2mm,則要進行校正處理(可采用四柱壓力機配合激光筆進行校正),再次,去除立柱表面熔覆區域原有的電鍍層,采用車床進行去除電鍍層,并視具體變形量進行車削,圓跳度<0.05mm。

2. 熔覆前準備

  • 車削后的立柱通過專用工裝裝夾到旋轉設備上,并對立柱表面熔覆區域進行除銹、除油;

  • 粉末烘干待用;

  • 熔覆前采用脫脂棉配合酒精對激光器鏡頭進行擦拭。

3. 激光熔覆過程

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  • 通過三軸運動設備及旋轉設備共同設置熔覆的掃描速度、搭接量及其它參數的編程;

  • 通過三軸運動設備及工件位置共同設置熔覆的離焦量、光斑位置;

  • 采用預制送粉方式,調節送粉器送粉量以達到預定熔覆厚度(目視及送粉器度數相配合);

  • 調節激光器控制柜,設定激光熔覆功率;

  • 立柱內部通入循環水冷卻,開始進行激光熔覆。

4. 熔覆后處理

熔覆后的立柱,由于熔覆表面粗糙度過大,需要精加工。采用外圓磨床進行最后的磨削終處理,一方面達到表面粗糙度要求,另一方面恢復原始尺寸。最后,修復好的立柱進行組裝、打壓等測試后完成交付。

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5. 立柱激光熔覆注意事項

  • 熔覆厚度觀察。可能由于粉末受潮、粒徑不均勻或送粉器的磨損、松動等因素影響,可能在熔覆過程中,送粉末發生明顯的變化,導致熔覆厚度不均勻;

  • 在熔覆過程中,要佩戴專用眼鏡多觀察熔覆厚度的變化及送粉管送粉的均勻性;

  • 熔覆溫度測量,由于在熔覆過程中,立柱內腔通水冷卻,目的是降低熱量累計引起的變形,使用測溫槍在立柱軸向方向測量光斑后20~30mm處溫度(<50℃)。

四、實驗結果

根據工藝方案對液壓立柱經過修復及磨削后,立柱表面粗糙度Ra=0.2,熔覆層精確可控,圓跳度<0.05mm,顯著改善基體材料表面的耐熱、耐蝕、耐磨、等特性。

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