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激光再制造专题 | 激光熔覆工艺介绍及应用案例

导语

激光再制造作为一种较为先进的修复手段,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新的发展方向。

近年来,石油、煤炭、钢铁、电力、航空航天各行业设备老化、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,预计激光再制造市场可达到上千亿的行业规模。

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激光再制造概念广泛,包括激光熔覆、激光淬火、激光合金化等技术,本文从激光熔覆角度进行实际应用及工艺分析。

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)辐照,涂层材料与基体材料成冶金结合(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。

原理图.png 

二、激光熔覆应用及工艺说明

1、工件情况

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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

影响激光熔覆效果有以下5大参数特性,各参数相互影响,是一个复杂的过程,必须采用合理的参数调节,匹配组成特定熔覆工艺路线。

表格2.png

(2)应用参数设置

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(3)实验设备

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创鑫激光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。

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三、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),再次,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

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  • 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。

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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℃)。

四、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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