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激光熔覆——实现再制造的高效解决方案

来源:荣格 发布时间:2018-06-08 634
工业金属加工工业激光激光设备零部件光学材料与元件电子芯片电子芯片设计/电子设计自动化(EDA)设计/电子设计自动化(IP类软件) 技术前沿应用及案例
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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。

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。


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