激光熔覆技術(shù)在行業(yè)中的應用講解

1、精品文檔激光熔覆技術(shù)在行業(yè)中的應用1、渦輪動力設備修復和改造在冶金、石油、化工、電力、鐵路、船舶、礦山、航空等國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)中使用著大量的 渦輪轉(zhuǎn)動設備, 例如 : 汽輪機、離心壓縮機、軸流風機、螺桿壓縮機、高爐透平發(fā)電 TRT 、 煙氣輪機、發(fā)電機、往復式壓縮機、飛機發(fā)動機、地面燃機、水輪機、制氧機、水泵、柴油 機、工業(yè)透平、增速機等等。特別是70 年代末以來引進的大量進口渦輪轉(zhuǎn)動設備( 機組 , 經(jīng)過長周期各種工況條件下服役, 因腐蝕、磨損和疲勞等因素 , 所有設備 ( 機組均存在著使用中的損傷失效, 有的則處在報廢或即將報廢狀態(tài)。 而常規(guī)的技術(shù)和工藝方法不能, 也不 敢動及這些關鍵的、

2、價值貴重的設備( 機組 , 稍有失誤將造成設備( 機組失效和破壞, 從而帶來的是潛在的巨大的產(chǎn)值和經(jīng)濟損失。在鋼鐵冶金行業(yè), 渦輪轉(zhuǎn)動設備( 機組 是提供能源和動力的載體。鋼鐵企業(yè)擁有的各種規(guī)格進口和國產(chǎn)的軸流壓縮機( 風機 , 單級、多級離心鼓風機、引風機、除塵風機、 H 型氧 壓機、氮壓機、螺桿壓縮機、自備電廠的各種型號汽輪機、高爐能量回收使用的單級、雙級透平發(fā)電 TRT 機組、 各種發(fā)電及電動機、 大型水泵等渦輪動力設備。 再制造工程技術(shù)為這些 重大關鍵設備( 機組提供了安全可靠 ,質(zhì)量保障 , 性能穩(wěn)定提升的綜合技術(shù)。激光熔覆仿 形技術(shù)和激光快速成形技術(shù)在這些關鍵設備和零部件修復及再造

3、應用 , 又使再制造工程技術(shù)得到發(fā)展。例如 ,2007 年 11 月份 , 天津大族燁嶠激光公司應用再制造工程技術(shù)和激光熔覆仿形技術(shù)修復津西鋼鐵公司 AV40-12 型軸流壓縮機的動、靜葉片 ; 2008 年 3 月份 , 修復津西鋼鐵公司 2MPG4.5-175/145 型高爐透平 “一拖二 ” 式 TRT 機組的動、 靜葉片并進行兩臺機組的拆裝、調(diào)試和檢測的全方位 “交鑰匙 ”工程?，F(xiàn)在, 經(jīng)修復的兩臺機組已經(jīng)投入生產(chǎn)服役 , 運行良好 , 平穩(wěn)可靠。而且, 采用激光熔覆仿形技術(shù)修復后的兩臺機組的所有動、靜葉 片都可比原設計制造的新葉片提高使用壽命50-100%,僅此兩臺設備可為津西廠節(jié)省

4、約 500 多萬元維修資金。近兩年來 , 采用再造應用工程技術(shù)和激光熔覆技術(shù)及快速成形技術(shù)等高新技術(shù)為寶鋼、 鞍鋼、 本鋼、首鋼、武鋼、唐鋼、太鋼、攀鋼、包鋼等全國近95%鋼鐵企業(yè)修復和改造大量的渦輪轉(zhuǎn)動設備 ( 機組 , 特別是各種進口的關鍵機組 ( 設備。為各企業(yè)保障設備的正常有效運轉(zhuǎn) , 提高了設備的使用壽命, 延長了其服役周期。 同時 , 也為鋼鐵行業(yè)各企業(yè)節(jié)約了大量維修費用 , 創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。2、高載荷、低轉(zhuǎn)速、高精度、高合金零部件的修復和強化鋼鐵企業(yè)煉鋼、 各種熱軋、冷軋生產(chǎn)線、 鍍鋅線等生產(chǎn)過程中使用著大數(shù)量的高載荷、 低轉(zhuǎn) 速、高精度、高合金的承載設備, 其零部件在生產(chǎn)

5、工況環(huán)境下服役 , 產(chǎn)生腐蝕、磨損和疲勞 損傷或失效報廢。 而這些大量的設備零部件在鋼鐵生產(chǎn)中形成了最大的生產(chǎn)消耗, 占據(jù)著非 常大的生產(chǎn)成本和資源浪費。 據(jù)初步估算,全國鋼鐵行業(yè)每年僅各種軋鋼生產(chǎn)線上的重要零部件消耗達100 億元。 傳統(tǒng)辦法主要是更換這些設備零部件, 甚至因零部件無法使用報廢或者更換整機, 必須儲備大量的備件, 占用巨額的資金和資源。 同時 , 損傷失效和報廢的零部 件或者整機基本上作為廢品處理, 如此連鎖疊加造成的資源和資金浪費非常驚人。激光熔覆技術(shù)、 激光快速成形制造技術(shù)、 激光納米合金化和表面強化技術(shù)等高科技技術(shù)的有效應用 , 為這類設備和零部件的修復再造開辟了一條嶄

6、新的途徑。 既能使失效或報廢設備及 零部件 “起死回生 ” , 又可以使新品延長使用壽命,甚至可以達到多壽命周期的效果。 例如 : 在冷、熱軋鋼各種生產(chǎn)線上使用的傳動接軸、叉頭、中間軸、傳動齒輪、萬向節(jié)、扁頭套、 軋輥軸、飛剪、 輥端軸套、卷取機彈簧座箱, 減速機齒輪軸和殼體等等大量易磨損和疲勞零部件 , 經(jīng)過激光仿形熔覆技術(shù)和快速成形技術(shù)修復后 , 使用性能恢復了原有新件的技術(shù)指標。而且 , 大部分又可以提高其使用壽命周期。有則 , 可以多次修復, 達到多使用壽命周期的效果。軋鋼生產(chǎn)線上的各種軋輥、輸送輥、支承輥、豎輥、導向輥、沉浮輥等輥軸類零部件 , 采用 各種鍛合金鋼、 鑄合金鋼、合金鑄

7、鐵、球墨鑄鐵等不同材質(zhì)制造。各種軋輥類件均使用在具有高溫、高變載荷、冷熱交變、腐蝕、磨損及疲勞工況條件下。據(jù)初步統(tǒng)計, 全國鋼鐵企業(yè)每年各種軋輥消耗約 80-100 億元。采用激光納米陶瓷合金化和激光復合強化技術(shù)進行表面 強化處理 , 提高了表面的強度、硬度、耐磨、熱穩(wěn)定性和紅硬性及耐腐蝕、耐疲勞等性能指 標 , 有效地提高軋輥的過鋼量。 經(jīng)多家鋼鐵企業(yè)應用 , 一般使軋輥等各種輥類使用壽命可提高 50%至數(shù)倍。例如 : 軋制中厚鋼板和薄板的冷熱生產(chǎn)線上大量使用的支承輥, 重量從 30 多噸至 120 多噸 , 支承輥分別由鑄鋼和鍛鋼制造。 目前其中大型支承輥很多依賴進口。 支承輥屬于被動輥,

8、 在 其工作服役中承受復雜的應力作用。 運行時其前方受擠 , 正下方受壓, 后方受拉 , 深層受剪 切應力作用。因此, 支承輥在工作時, 接觸點附近承受擠、壓、拉、切等交變載荷作用 , 輥 身工作部位產(chǎn)生剝落, 產(chǎn)生剝落的部位是輥身最大受力部位。 已經(jīng)失效的小型支承輥傳統(tǒng)的 維修方法是采用電弧堆焊。 經(jīng)此種方法修復后的支承輥使用性能和使用壽命都無法達到新輥 的水平。大型支承輥目前采用常規(guī)的電弧堆焊方法還無法修復, 只能做報廢處理。 采用激光 快速成形技術(shù)可以修復各種規(guī)格和材料制造的支承輥, 可以根據(jù)各類型支承輥的材質(zhì)和使用 性能要求 , 設計和使用優(yōu)于原輥身材質(zhì)的激光快速成形用合金材料,使修復

9、后支承輥身強度、 耐磨性、 耐腐蝕、 耐疲勞性等指標和使用壽命均優(yōu)于制造新支承輥。 國內(nèi)按目前每年產(chǎn)鋼4. 7 億噸計算 , 每年消耗支承輥約 10 億元。激光快速成形技術(shù)和再制造工程技術(shù)可以創(chuàng)造非?？捎^的經(jīng)濟效益及深遠的社會效益。實踐證明 , 如果將軋輥表面進行激光淬火處理, 其硬度可由原來的 68HSD 上升到 7882HSD, 軋輥壽命也原來的 8 小時更換一次提高到 24 小時更換一次, 僅此一項就可以降低鋼鐵企業(yè)軋輥消耗成本約 50%, 提高鋼鐵企業(yè)軋鋼產(chǎn)量5%10%, 這一效益根據(jù)軋鋼的規(guī)模不同效益在8000 萬元到 3 億元之間。根據(jù)測算, 武漢大族金石凱激光公司生產(chǎn)的一套10k

10、W 軋輥激光熱 處理熔覆設備一年的運行成本約為127.7 萬元 , 而每套設備一年可處理軋輥面積約 7560 平 方米 , 單位處理成本約為0.17 元 / 平方厘米。以一根直徑為 35 厘米 , 長 250 厘米的軋輥為 例, 一次激光淬火成本不超過4700 元 , 而使用時間則可延長三倍。而通過對廢舊軋輥的熔覆修復處理更可以使其變廢為新, 給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。3、汽車覆蓋件大型模具激光修復與強化在汽車工業(yè)中 , 汽車覆蓋件如駕駛室、 引擎蓋等部件都是通過沖壓成型的 ,而機械沖壓對模具的磨損和破壞性很大。 模具一旦磨損, 沖壓出來的產(chǎn)品質(zhì)量就會下降 , 為此必須更換新的 模具 , 從而

11、造成模具的浪費和消耗很大, 如何提高模具的使用壽命成為該類企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益的重要途徑和方法。此前 , 由于該類模具比較大, 進行熱處理比較困難。 很多企業(yè)往往不進行熱處理或采用火焰法進行處理, 效果往往很不理想。 而受到技術(shù)條件的 限制 , 激光熱處理方法在此類大型模具上也少有應用。武漢大族金石凱激光系統(tǒng)有限公司開發(fā)的大型模具激光熱處理設備, 采用高功率 CO 2 激光結(jié) 合數(shù)控機床等設備對各種重型汽車拉深、 翻邊、 修邊等模具進行表面淬火, 以及對各種模具在使用過程中出現(xiàn)的裂紋、劃傷、磨損、崩塌進行激光熔凝、合金化熔覆等表面強化工藝處理 , 使其抗磨損性能及損傷閥值得到較大提高

12、 , 硬度比淬火前提高約 2.5 倍 , 并得到 0.2 0.4mm 的淬火層深, 從而提高了工件的耐磨性能 35 倍 , 大幅延長模具的使用壽命, 減少 模具的消耗; 同時 , 該設備還能對表面已經(jīng)損傷或出現(xiàn)裂紋、 崩塌的模具進行激光熔覆修復, 使其重新得以利用 , 變廢為新。因此 , 激光熔覆技術(shù)的應用能大幅降低汽車覆蓋件的生產(chǎn)成本, 提高產(chǎn)品質(zhì)量,是汽車零配件生產(chǎn)企業(yè)的重要技術(shù)裝備。 其普遍應用 , 對推進我國汽車零配件行業(yè)及相關其它行業(yè)的技術(shù)改造、提高經(jīng)濟效益、提高我國這些行業(yè)加入WTO后的競爭力具有非常重要的意義。 4 、礦山機械零件的激光強化與修復采掘機截齒截齒是采掘機組上直接切割

13、煤巖的關鍵零件 , 屬易損件。 其失效方式主要是磨損失效 , 磨損 失效的主要形式為截齒端部基體磨損 , 導致合金頭剝落。 一般的國內(nèi)普通截齒抗磨損性能較 差和較短的使用壽命較短的特點 , 從而加大了井下作業(yè)的強度 , 降低了生產(chǎn)效率。 因此 , 研 制一種工藝先進、 技術(shù)穩(wěn)定 , 并能提高截齒端部的耐磨性 , 進而延長使用壽命的表面處理技術(shù)是十分必要的。采用激光熔覆技術(shù)后, 截齒平均顯微硬度為 HV800, 洛氏硬度為 65HRC ; 激光合金化截齒的 平均顯微硬度為HV1099，洛氏硬度為70HRC ;激光淬火截齒的平均顯 微硬度為HV750，洛氏硬度為62HRC。激光熔覆和合金化工藝涂層

14、與基體為冶金 結(jié)合 , 結(jié)合強度高。2008 年, 大族金石凱激光公司和合作伙伴采用 6KW 激光熱處理熔覆設備激光 強化截齒 , 并 在新礦集團協(xié)莊煤礦掘進工作面進行工業(yè)應用實驗。實驗巷道 203 運輸巷為半煤巖巷道 , 硬度為 5-6, 斷面尺寸為 9.8m 2; 1403 回 風巷為半煤巖巷道 , 硬度為 5-6, 斷面尺寸為 11 m2。激光熔覆截齒在 203 巷道掘進 90 米, 后在1403 巷道掘進 60 米 , 共開挖半煤巖 1542m3。 表面合金化截齒在1403 巷道掘進 260 米, 開挖半煤巖2860 m3。普通截齒在這種煤巖層只可以掘進 30-50 米。經(jīng)試驗 , 激

15、光強化截齒端頭表面硬度、耐磨度有明顯提高 , 截齒使用壽命顯著延長。與普通截齒相比 , 激光熔覆截齒壽命延長了 3-4 倍 , 表面合金化截齒壽命延長5-6 倍。激光技術(shù)在截齒表面工程技術(shù)上的應用 , 是利用激光束能量高度集中、 方向高度集中的特性, 在大氣環(huán)境下進行無污染操作, 在廉價金屬材料表面形成一層硬度高、 無裂紋 , 且與基體呈 冶金結(jié)合的高性能涂層, 將金屬良好的堅韌性和涂層材料的高硬度、 高化學穩(wěn)定性、 高耐磨 性結(jié)合起來, 創(chuàng)新了高性能涂層的生產(chǎn)工廿 藝。應用抗磨損新型激光強化截齒, 可以減少截齒更換檢修時間、 提高生產(chǎn)效率,同時又能節(jié)約大量的資金, 對于建設節(jié)約性社會有著廣泛而深遠的意義。礦用大型液壓支架立柱國內(nèi)普通立柱是通過表面鍍烙方法, 來實現(xiàn)表面防生銹、 防腐蝕 , 因為鍍烙層耐磨性差 , 其 壽命為 1-1.5 年, 鍍烙層會出現(xiàn)起皮、脫皮的現(xiàn)象, 從而乳化液就會腐蝕立柱表面, 影響液 壓支架的使用效果。通過激光強化處理后的立柱，具基體表面硬度達到HV410。激光技術(shù)在立柱表 面工程技術(shù)上 的應用 , 是利用激光束能量高度集中、 方向高度集中的特性 , 在大 氣環(huán)境下進行無污染操作, 在廉價金屬材料表面形