当前位置：网站首页> 新闻中心> 媒体聚焦> 新闻中心>激光熔覆在轴类零件中...

激光熔覆在轴类零件中的应用

2014-10-27

来源:未知

点击数: 9336 作者:未知

作者：李午红江苏中科四象激光科技有限公司
轴类零件在石矿、化工、冶金、电力、水泥等机械行业占据着非常重要的地位，承载着整个作业线传动机构顺利运行的重要使命，因此在连续化大生产模式下，必须严格规范轴类零件的质量和性能，才能够充分保证使用设备运行的安稳性、可靠性以及完好性。
例如在冶金行业，随处可见的轧机设备中，一定离不开轧辊。轧辊作为生产钢件的重要零件兼易损耗件，其性能的好坏直接决定着产品的质量和生产效率。其工作原理通常是通过一对或一组轧辊滚动时产生的压力来碾压钢材，不断的连续作业使轧辊长期处于因轧制负荷引起的接触应力、残余应力以及周期性热应力的交互影响中，即使性能再优异的轧辊也会遭到破坏。而在生产中因生产工艺参数调试不当、连铸坯质量缺陷、机械或电器故障引发的卡钢、堆钢等安全事故，会在轧辊局部集聚大量热量难以释放，最终形成热冲击对轧辊造成破坏。除此之外，轧辊边部压靠、局部机械应力亦是造成轧辊失效的主要原因。
轧辊的主要失效方式有裂纹、局部剥落以及断裂等。其中裂纹主要是发生在轧辊表层内；剥落一般是因裂纹发生扩展而引发，如图1所示；断裂则是因轧制事故发生后轧制载荷突然增大，同时诱发疲劳裂纹进一步扩展，最终引发轧辊在辊颈处或辊颈与辊脖交界处发生断裂。此外，服役期间发生的腐蚀和磨损也是加速轧辊失效的两大主因。图1 中产生的局部组织脱落，通过从激光加工头一侧吹送金属粉末，由机械手负载加工头按照预设轨迹逐道熔覆，直至填满整个坑口。因该轴件表面是经过淬火处理的，因此在熔覆前需消除其淬火组织，同时考虑到轴件体积较大，冷却速度较快，还需对其进行局部预热，否则在熔覆过程中极易产生裂纹，甚至扩大受损面积以及深度。熔覆后的效果图如图2所示。

图 1 某钢厂轧辊受损部位

图 2 受损部位熔覆后表面形貌
激光工艺参数如表格1所示。
表格1

功率W 速度mm/min/ 光斑直径mm 搭接率mm

1600 300 3 1.5

其中搭接率直接会影响到熔覆层的厚度，随着搭接率的增大，涂层的厚度也变大。激光功率、扫描速度以及送粉率亦然，决定着涂层的质量和组织特征。一般来说，修复任何零部件最佳方案是一次成形，然而实际情况中受损的零部件凹坑或裂纹往往较深，有时多达5mm，甚至不止。此时便需要多道多层搭接，熔覆组织将受到由道与道之间、层与层之间、层与道之间构成的“应力网”的作用，若彼此间应力得以消除，获得的熔覆组织便会十分稳定，无裂纹，不过，这仅是理想状态，一般获得的熔覆组织都会存在残余应力，通常通过在一定温度下保温缓冷来消除这一应力。因此，若实际条件允许的话，应调试工艺参数，最好熔覆一层即可完美修复受损部位，避免应力可能引发的潜在破坏。
江苏中科四象激光科技有限公司采用自主研发生产的光纤耦合输出半导体泵浦全固态激光器，配套相应变位机和机床，针对轧辊的修复领域开发了一套用于强化轧辊工作层性能，优化其使用寿命的工艺方法。轧辊的工作层仅占到整个轧辊重量的20%，当工作层被消耗殆尽时，整个轧辊需按报废处理，接着重新熔炼进入循环使用，而往往循环利用的废料具有组织“遗传”特性，会将废辊中的缺陷遗传到新辊中，影响新辊的性能，不止如此，回炉重新熔炼新辊还会消耗大量的电力、人力、物力。而通过对轧辊周期性的检修，并及时对其进行维护保养，便可延长其使用寿命。由此可见，轧辊工作层的再制造不仅能够有效落实节能减排政策，还可以提高经济效益。
此外，江苏中科四象激光科技有限公司的激光移动修复/再制造设备还可用于电厂转子和叶片、矿山挖掘齿、石油钻井钻头等表面强化，不论是通过激光熔覆还是淬火，均可获得性能优异的表面性能，如图3所示，是江苏中科四象激光科技有限公司为某一电厂提供的激光移动修复设备在线修复受损转子的现场照片。

图 3 某电厂手酸转子的现场修复