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激光熔覆再製造技術:能用於受損零部件的修複還能激光表麵淬火

cici 2018-05-13 我要評論(0 )   

激光熔覆修複技術是一種材料表麵改性技術。它是利用激光高功率密度光束,由激光加工係統在數控控製下,在基體(ti) 表麵指定部位形成一

  激光熔覆修複技術是一種材料表麵改性技術。它是利用激光高功率密度光束,由激光加工係統在數控控製下,在基體表麵指定部位形成一層很薄的微熔層,通過預置或同步方式添加特定成分的自熔合金粉,如鎳基、鈷基和鐵基合金等,使它們以熔融狀態均勻地鋪展在零件表層並達到預定厚度,與微熔的基體金屬材料形成良好的冶金結合,並且相互間隻有很小的稀釋度,在隨後的凝固過程中,在零件表麵形成與基體完全不同的,具有預定特殊性能的功能熔覆材料層,從而可以完全改變材料表麵性能,最終使得價廉的材料表麵獲得極高的耐磨、耐蝕、耐高溫等性能。

按照材料添加方式的不同,激光熔覆的方法分為(wei) 預置法和同步送粉法。預置法顧名思義(yi) 就是預先將要塗層的材料通過噴塗或粘結等方式放置在預處理過的基材表麵,然後通過激光束輻射進行重熔後再做適當的熱處理;同步送粉則是在預處理後的熔覆基材表麵,將粉末直接噴塗在激光輻射所形成的移動熔池上,塗層一次性成型。同步送粉是激光熔覆技術的發展趨勢,可以充分利用激光能量,控製工藝參數,提高生產(chan) 效率和覆層質量。但是同步送粉對粉末的顆粒粒度、流動性等方麵也有要求,需要根據具體(ti) 情況而定。

 

激光熔覆材料及特性

在激光熔覆的研究中,材料研究是一個(ge) 重要方向,重在研究各種添加材料與(yu) 實際應用場景中零部件的相容性。

鐵基合金粉末適用於(yu) 要求局部耐磨而且容易變形的零件。

鈷基合金粉末具有良好耐高溫性能,耐磨耐蝕也較強,常用於(yu) 石化和冶金領域。

 陶瓷材料在高溫下有較高的強度,熱穩定性好,化學穩定性高,常用於(yu) 要求耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化性的零件。

由於(yu) 單一材料在滑動磨損、衝(chong) 擊磨損和磨粒磨損嚴(yan) 重的情況下會(hui) 無法滿足使用工況的要求。因此,金屬塗層與(yu) 陶瓷塗層的複合使用成為(wei) 研究熱點,已有鋼、鈦合金及鋁合金表麵激光熔覆多種陶瓷或金屬陶瓷塗層的研究。

與(yu) 其他傳(chuan) 統表麵處理技術相比,激光熔覆具有其特性和優(you) 勢:

冷卻速度快(高達10^6℃/s),屬於(yu) 凝固過程,容易得到細晶組織或產(chan) 生平衡態所無法得到的新相,如非穩相、非晶態等;

塗層稀釋率小於(yu) 5%,與(yu) 基體(ti) 呈牢固的冶金結合或界麵擴散結合,獲得塗層成分和稀釋度可控的良好熔覆層,保證性能不變質;

采用高功率密度熔覆,加熱速度快,對基材的熱輸入、熱影響區和畸變較小;

粉末選擇幾乎沒有任何限製,可以在低熔點金屬表麵熔敷高熔點合金;

熔覆層的厚度及硬度範圍大,且熔覆層微觀缺陷少,性能更優(you) ;

工藝過程采用數控控製,無接觸處理,自動化操作,方便、靈活,可控性強。

激光熔覆在工業(ye) 中的典型應用

激光熔覆這種修複與(yu) 再製造的工藝,一是強化功能,可以通過熔覆層增強基材性能;二是修複功能,主要體(ti) 現在修複材料表麵的孔洞和裂紋,恢複已磨損零件的幾何尺寸和性能,對幾乎整個(ge) 機械製造業(ye) 有著非常大的應用價(jia) 值。

在石礦、化工、冶金、電力、水泥等機械設備行業(ye) 中,燃機轉子軸頸和葉片、軋輥軸頸、鋼廠的牌坊等會(hui) 隨著使用時間而老化損壞。這些零部件由於(yu) 長期承受著燃氣高溫高壓以及腐蝕介質,加上體(ti) 積負荷引起的機械應力作用,損傷(shang) 多數發生在表麵或表麵開始,而失效模式主要是內(nei) 部金屬零部件的碎裂和開裂、磨損或腐蝕嚴(yan) 重至局部剝落。因此應用激光熔覆技術強化零部件表麵性能能夠有效延長使用壽命,而在周期性檢修過程中,還可以通過表麵再製造技術對受損部位進行補救。


 

汽輪機轉子修複

對於(yu) 燃氣輪機和蒸汽輪機來說,失效部位常發生在熱端部件,如轉子、葉片和噴嘴。其發生在葉片根部的斷裂是不可修複型,而發生在葉片端麵或根部的損傷(shang) 便可通過修複後實現再利用。再者,用於(yu) 發電機組的葉片往往造價(jia) 極高,將修複後的葉片重裝再利用,將大大地降低電廠的發電成本。

排粉風機葉片磨損修複

電機轉子軸勁激光熔覆

在汽車製造行業(ye) ,20世紀80年開始,歐美日俄以及中國等國家就已開始運用激光熔覆來強化汽車零部件。通過此技術,達到了節約昂貴合金材料,降低生產(chan) 成本的目的。同樣汽車模具在使用中的磨損、腐蝕、接觸疲勞而導致的失效也可以通過該技術煥發新生。

總之,不論是零件在服役前的表麵強化,還是服役後發生故障進行修複,其傳(chuan) 統的加工方式主要有表麵淬火、表麵滲碳或滲氮、熱噴塗、堆焊等。隨著加工技術的不斷升級和改進,激光移動再製造技術(激光熔覆)逐漸得到廣泛應用。

這種激光再製造技術不僅(jin) 可以用於(yu) 受損零部件的修複,還可以做激光表麵淬火,與(yu) 傳(chuan) 統的熱處理方式相比,激光淬火是一種快熱快冷的加工技術,可在表麵獲得晶粒細小的淬硬層。並且,結合高端多軸機床或者6+2式機械手,采用激光器還可對受損的三維複雜零部件進行修複,充分體(ti) 現了激光再製造技術的柔性化以及先進性。

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