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激光再制造作为一种较为先进的修复手段,如今在各行业具有广泛的用途,激光熔覆不仅可以使损伤的零部件恢复外形尺寸,还可以使其使用性能达到甚至超过新品的水平。而再制造成本仅为新品的50%,节能60%、节材70%,是重大工程装备修复全新的发展方向。
近年来,石油、煤炭、钢铁、电力、航空航天等众多行业设备老化、工件磨损、报废,企业需要大量资金更换生产设备的零部件。同时,随着激光再制造技术在石油、电力、航天航空等行业应用的推广及普及、智能高效激光再制造系统的成功开发,预计将推动激光再制造市场迎来上千亿元的行业规模。
激光再制造的概念十分广泛,包括激光熔覆、激光淬火、激光合金化等技术,本文主要从激光熔覆角度进行实际应用及工艺分析。
什么是激光熔覆?
激光熔覆是指以不同的填料方式(同步送粉或预置粉末)在被涂覆基体表面上放置所选择的涂层材料,利用高能激光束(104-106W/cm2)进行辐照,使涂层材料与基体材料形成冶金结合(不低于基材90%),从而显著改善基体材料表面的耐热、耐蚀、耐磨、抗氧化等特性。
激光熔覆应用及工艺说明
1、工件情况
2、实验目标
(1)熔覆厚度单边0.8mm
(2)熔覆变形量<0.15m
3、工艺说明
(1)激光熔覆主要参数说明
影响激光熔覆效果主要包括以下5大参数特性,各参数之间相互影响,是一个复杂的过程,必须采用合理的参数调节,匹配组成特定的熔覆工艺路线。
(2)应用参数设置
(3)实验设备
实验设备
创鑫激光研发的MFMC-4000W多模连续光纤激光器波长范围1070~1090mm,光电转换效率高达30%。光束质量高、稳定性佳,是厚板激光切割、激光焊接及激光熔覆、表面热处理等应用的理想激光源。采用光纤配QBH 头输出,可配合激光加工头、振镜等与机器人、机床等进行系统集成,广泛应用五金、医疗、汽车、船舶、航空、工程机械等领域。
激光熔覆修复步骤
1、工件检测及预加工
首先检测立柱表面原有电镀层破损情况,确定熔覆区域,其次检测立柱长度方向上的变形情况(采用目视及百分表检测),若原始变形量(跳度)>0.2mm,则要进行校正处理(可采用四柱压力机配合激光笔进行校正),此外,去除立柱表面熔覆区域原有的电镀层,采用车床进行去除电镀层,并视具体变形量进行车削,圆跳度<0.05mm。
2、熔覆前准备
◆车削后的立柱通过专用工装装夹到旋转设备上,并对立柱表面熔覆区域进行除锈、除油;
◆粉末烘干待用;
◆熔覆前采用脱脂棉配合酒精对激光器镜头进行擦拭。
3、激光熔覆过程
◆通过三轴运动设备及旋转设备共同设置熔覆的扫描速度、搭接量及其它参数的编程;
◆通过三轴运动设备及工件位置共同设置熔覆的离焦量、光斑位置;
◆采用预制送粉方式,调节送粉器送粉量以达到预定熔覆厚度(目视及送粉器度数相配合);
◆调节激光器控制柜,设定激光熔覆功率;
◆立柱内部通入循环水冷却,开始进行激光熔覆。
4、熔覆后处理
熔覆后的立柱,由于熔覆表面粗糙度过大,需要精加工。采用外圆磨床进行最后的磨削终处理,一方面达到表面粗糙度要求,另一方面恢复原始尺寸。最后,修复好的立柱进行组装、打压等测试后完成交付。
5、立柱激光熔覆注意事项
◆熔覆厚度观察。可能由于粉末受潮、粒径不均匀或送粉器的磨损、松动等因素影响,可能在熔覆过程中,送粉末发生明显的变化,导致熔覆厚度不均匀;
◆在熔覆过程中,要佩戴专用眼镜多观察熔覆厚度的变化及送粉管送粉的均匀性;
◆熔覆温度测量,由于在熔覆过程中,立柱内腔通水冷却,目的是降低热量累计引起的变形,使用测温枪在立柱轴向方向测量光斑后20~30mm处温度(<50℃)。
实验结果
根据工艺方案对液压立柱经过修复及磨削后,立柱表面粗糙度Ra=0.2,熔覆层精确可控,圆跳度<0.05mm,显著改善基体材料表面的耐热、耐蚀、耐磨等特性。