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激光內孔熔覆應用
2017-4-26
來源:中科四象
點擊數: 6186          作者:未知
  • 隨著激光修復技術的普及并深入各大機械制造領域,修復的范圍不再是簡單的外在平面,而是形狀不一的內部輪廓,如直徑不超過100mm的內孔、呈梯形等規則或毫無規律分布的內壁等,這些內部輪廓深淺不一,大小不一,常見的用于外表面加工的激光加工頭已經不再適用,往往需要進行特殊定制。

    對于足夠大的孔徑,市場上現有的多種傳統激光加工頭可提供內部或外部輪廓的加工。不過,當內部輪廓的深度與內徑之比超出了傳統加工頭的加工范圍,傳統加工頭此時便無能為力,只能根據內部輪廓的尺寸對加工頭進行設計。

     

    閥體內孔熔覆準備狀態及加工過程

     

    閥體熔覆后形貌

          內孔修復需求并不是最近才出現,而是過去難以設計出合適的加工頭導致內部輪廓的修復技術遲遲得不到順利開展。工業應用中加工頭的使用主要標準是持續的熱負荷能力;使用的高效水冷卻方式可以防止精密元件發生過熱現象;加工頭的內部保護系統可以防止它受到粉末顆粒沉積帶來的污染或損壞。根據以上基礎標準,由中科四象自主設計的專屬于內部輪廓激光熔覆及合金化用的同軸加工頭,由激光通道、內外冷卻水通道、送粉通道以及加強版氣簾通道構成。內孔熔覆同軸加工頭因送粉通道的特殊結構,加工頭的送粉嘴及保護鏡單元距離工件修復面非常近,因此激光作用于修復面時產生的熱量輻射、飛濺粉末在高溫氣氛中攜帶熱量粘結在加工頭附近等多種因素造成了加工頭保護鏡模塊的高熱量負荷以及送粉嘴被飛濺物堵塞等問題,導致保護鏡片受損嚴重,使用壽命驟減。而頻繁更換保護鏡片不僅耗時耗力,還不利于成本節約。為了解決這一項技術難題,我們總結失敗經驗,集思廣益,在結構上重新更改設計,經測試,目前可實現連續4小時的作業,如圖中所示,是某能源領域中常用的一種閥座內壁熔覆強化案例。本案例中采用的是中科四象自主研發生產的ZKSX-3008激光器,800微米光纖芯徑,以及一臺小型轉臺將閥座固定并以一定速度承載其旋轉,直至完成整個內壁的熔覆強化。從圖中可以看出,涂層成形良好。

          隨著在內部輪廓修復技術上取得巨大突破,中科四象繼而針對狹窄、深度不小于500mm的內部輪廓修復進行了加工頭的設計,按照孔徑大小主要有Φ100mm、Φ250mm兩種種型號,通過在公司內部的工藝中心進行不斷測試和優化,順利完成了新型內孔熔覆加工頭的成功應用。

     

    軸類內孔修復案例

     

    圖為中科四象自主設計的1.5m長內孔熔覆加工頭

    本案例中采用的內孔熔覆加工頭的導光長度為1.5m,由于深度很長,管道內部高溫、高粉塵、高油污的環境,對保護鏡的傷害特別大,因此對保護鏡模塊的設計要求格外嚴苛。同時,深孔熔覆(>500mm)的加工過程,對熔覆頭的穩定性和可靠性也具有非常高的要求,如導光管與激光光路的同心度、熔覆頭冷卻系統的高效性、加工頭隨機床聯動時的穩定性等。

    通過這次修復經驗,經過優化修復過程中遇到的各種問題,我們目前可以實現:

    1.可以滿足孔深≤1.5m、內孔直徑≥96mm的內孔熔覆需求;

    2.可以滿足所有外圓的修復、熔覆需求;

    3.可以滿足孔深>1.5m、內孔直徑>150mm、內孔階梯落差<10mm(如軸22-1#)的內孔熔覆需求,將光纖導入軸內,需要設計工裝、添置相應的觀察儀器;

    4.對于內孔直徑<96mm的軸類內孔熔覆,需要設計更小的內孔熔覆頭,并進行論證。

    5.對于孔深>1.5m、內孔直徑<150mm的內孔熔覆需求,需要設計>1.5m的內孔熔覆頭,并進行論證。 

     

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