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    激光熔覆技術,讓工件煥發新生的重要手段

    2022-04-27

    激光熔覆修復技術是一種材料表面改性技術。它是利用激光高功率密度光束,由激光加工系統在數控控制下,在基體表面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并達到預定厚度,與微熔的基體金屬材料形成良好的冶金結合,并且相互間只有很小的稀釋度,在隨后的快速凝固過程中,在零件表面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面性能,最終使得價廉的材料表面獲得極高的耐磨、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預置法和同步送粉法。預置法顧名思義就是預先將要涂層的材料通過噴涂或粘結等方式放置在預處理過的基材表面,然后通過激光束輻射進行重熔后再做適當的熱處理;同步送粉則是在預處理后的熔覆基材表面,將粉末直接噴涂在激光輻射所形成的移動熔池上,涂層一次性成型。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,控制工藝參數,提高生產效率和覆層質量。但是同步送粉對粉末的顆粒粒度、流動性等方面也有要求,需要根據具體情況而定。

     

     

    激光熔覆材料及特性

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

    鐵基合金粉末適用于要求局部耐磨而且容易變形的零件。

    鎳基合金粉末適用于要求局部耐磨、耐熱腐蝕及抗熱疲勞的構件,如碳鋼、合金鋼、鑄鐵及鋁合金等。

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

    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,常用于要求耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化性的零件。

    由于單一材料在滑動磨損、沖擊磨損和磨粒磨損嚴重的情況下會無法滿足使用工況的要求。因此,金屬涂層與陶瓷涂層的復合使用成為研究熱點,已有鋼、鈦合金及鋁合金表面激光熔覆多種陶瓷或金屬陶瓷涂層的研究。

     

    激光熔覆在工業中的典型應用

    激光熔覆這種修復與再制造的工藝,一是強化功能,可以通過熔覆層增強基材性能;二是修復功能,主要體現在修復材料表面的孔洞和裂紋,恢復已磨損零件的幾何尺寸和性能,對幾乎整個機械制造業有著非常大的應用價值。

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

    汽輪機轉子修復

    對于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復型,而發生在葉片頂端面或根部的損傷便可通過修復后實現再利用。再者,用于發電機組的葉片往往造價極高,將修復后的葉片重裝再利用,將大大地降低電廠的發電成本。

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