隨著現代科學技術和工業(yè)的不斷發(fā)展,零部件工作的環(huán)境也越來越復雜化,對于零件表面性能的要求也越來越高,因此零件報廢率大大增多。通常因為表面失效而報廢的零件有:轉子葉片、軸類零件、齒輪類零件、模具等。在零部件整體性能滿足工況的條件下,僅是表面損傷的零部件都是可以修復。如果能對因誤加工或服役損傷而報廢的零件進行修復,不僅能夠挽回經濟損失和時間損失,還可以提高資源的利用率,符合我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。目前零部件修復的方法有激光熔覆、真空釬焊、真空涂層法、鎢極惰性氣體保護焊(TIG)和等離子熔覆修復等方法。激光熔覆是根據工件的工況要求,熔覆各種特殊成分的金屬或者非金屬材料,具有耐熱、耐蝕、耐磨、抗氧化、抗疲勞等特點。激光熔覆是一種快速冷卻的過程,熔覆過程中對修復工件的熱輸入量少,熱影響區(qū)小,熔覆層組織細膩,易于實現自動化等,因此使用激光熔覆的方法來修復轉子等零部件比其它的方法具有更大的優(yōu)勢。激光熔覆技術解決了傳統電焊、氬弧焊等熱加工過程中不可避免的熱變形、熱疲勞損傷等一系列技術難題,同時也解決了傳統電鍍、噴涂等冷加工過程中覆層與基體結合強度差的矛盾,這就為表面修復提供了一個很好的途徑。
針對磨損,腐蝕,蠕變,疲勞,斷裂失效的機械零部件,采用激光熔覆技術,將合金粉末同步送入熔池,快速凝固形成具有特殊性能的熔覆層。熔覆層無氣孔和裂紋缺陷,硬度范圍20~60HRC,滿足各種工況條件及使用性能要求。適合各類復雜形狀大型零件熔覆再制造,恢復失效零件尺寸和性能,升級表面性能,延長使用壽命。
2.激光能量控制集中,熱輸入導致工件變形量極??;3.孔隙率低,極大提高零件表面耐磨、耐腐蝕、耐高溫、耐疲勞等特殊性能;4.循環(huán)再制造,延長設備使用壽命,節(jié)約使用成本;
轉子葉片又稱動葉,是隨同轉子高速旋轉的葉片,通過葉片的高速旋轉實現氣流與轉子間的能量轉換。轉子葉片承受很大的質量慣性力、較大的氣動力和振動載荷,還要承受環(huán)境介質的腐蝕與氧化,以及高速運行微小粒子的沖蝕,但加工比較困難,渦輪轉子葉片還要在高溫狀態(tài)下工作。轉子葉片是直接影響發(fā)動機性能、可靠性和壽命的關鍵零件,并且其工作條件十分惡劣容易損壞,所以對材料性能的要求也大大的提高,同時提高了材料的經濟成本,也為其做修復帶來廣闊的市場。激光熔覆工藝在轉子葉片上的應用已經得到了很好的研究,這也為其在修復方面的應用提供了有利的前提。
通常軸類零件主要失效的原因有軸變形、軸斷裂、軸表面失效。研究表明,發(fā)電機轉軸、各種傳動軸等軸類零件的破壞主要是以磨損為主的。其中軸變形、軸斷裂是不可以修復的,而以磨損為主的表面失效是可以修復的。采用大功率激光熔覆修復技術,可在軸類零件表面失效的部分,激光熔覆一層合金材料,使得熔覆合金層的零件表面有良好的機械性能,將報廢的零件再次使用。
模具在鑄造成型和塑料成型加工中起著重要作用,其制造工藝復雜,生產周期長,加工成本高。因此,對失效模具進行修復再利用,無疑有著顯著的經濟效益。模具使用壽命取決于抗磨損和抗機械損傷能力,一旦磨損過度或機械損傷,須經修復才能恢復使用。激光熔覆已成為修復模具的研究熱點,備受國內外學者關注。激光熔覆實現對模具的表面磨損進行修復的方法可以歸結為:用高功率激光束以恒定功率與合金粉末同時入射到模具表面上,合金粉末瞬時被吸收的能量超過臨界值后,金屬熔化產生熔池,然后快速凝固形成冶金結合的覆層。激光束根據設備運行軟件給定的路線,來回掃描逐層地修復模具,經過修復后的模具很多幾乎不需再加工。
應用于電力(汽輪機轉子、葉片)、礦山(齒輪、鉆頭、液壓桿)、機械(軸類、齒輪)、石化(渦輪盤、轉子、推油桿)、船舶(曲軸、發(fā)動葉片、凸輪軸)、機車(軸、汽輪機葉片、轉向架、活塞)、模具(沖壓模、鍛模、壓鑄模)等行業(yè)失效零件,再制造產品質量可靠,具有良好的經濟效益和社會效應。
高速激光熔覆主要用于軸類、盤類等零件表面耐蝕、耐磨或其他特殊性能涂層的快速制造,如油缸、立柱、軋輥、主軸、剎車片等,在煤機、交通、煉鋼、海洋平臺、鉆采、重型機械等多個行業(yè)均有大量應用需求。不僅用于新零件的制造,也可用于在役零件的表面維修與再制造。
內壁激光熔覆主要用于零件內孔、內壁的耐磨、耐蝕涂層制造或快速激光修復。通過配備不同的光學系統,可以傾斜入射方式來實現管件端部的加工;或是通過配備電機實現內壁光頭的旋轉,用于重型零件或不易旋轉零件的立式熔覆加工;同時也可用于零件狹窄受限位置的激光修復。在煤機、鉆探、能源、重型機械、航空航天等諸多工業(yè)領域都有巨大應用需求。