激光熔覆技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用講解

1、激光熔覆技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用1、渦輪動力設(shè)備修復(fù)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(jì)支柱產(chǎn)業(yè)中 使用著大量的渦輪轉(zhuǎn)動設(shè)備 ,例如:汽輪機(jī)、離心壓縮機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)、螺桿壓縮機(jī)、 高爐透平發(fā)電 TRT 、煙氣輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、往復(fù)式壓縮機(jī)、飛機(jī)發(fā)動機(jī)、地面燃 機(jī)、水輪機(jī)、制氧機(jī)、水泵、柴油 機(jī)、工業(yè)透平、增速機(jī)等等。特別是 70年代末 以來引進(jìn)的大量進(jìn)口渦輪轉(zhuǎn)動設(shè)備 （機(jī)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(shè)備 （機(jī)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(guān)鍵的、價值 貴重

2、的設(shè)備 （機(jī)組,稍有失誤將造成設(shè)備 （機(jī)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(jì)損失。在鋼鐵冶金行業(yè) ,渦輪轉(zhuǎn)動設(shè)備 （機(jī)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(jìn)口和國產(chǎn)的軸流壓縮機(jī) （風(fēng)機(jī),單級、多級離心鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、除 塵風(fēng)機(jī)、 H 型氧壓機(jī)、氮壓機(jī)、螺桿壓縮機(jī)、自備電廠的各種型號汽輪機(jī)、高爐 能量回收使用的單級、雙級 透平發(fā)電 TRT 機(jī)組、各種發(fā)電及電動機(jī)、大型水泵 等渦輪動力設(shè)備。再制造工程技術(shù)為這些 重大關(guān)鍵設(shè)備 （機(jī)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(guān)鍵設(shè)備和零部件修復(fù)及再造應(yīng)用 , 又

3、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(yīng)用再制造工程技術(shù)和激光熔覆仿形技術(shù)修復(fù)津西鋼鐵公司AV40-12型軸流壓縮機(jī)的動、靜葉片；2008年3月份修復(fù)津 西鋼鐵公司 2MPG4.5-175/145型高爐透平 一拖二”式TRT機(jī)組的動、靜葉片并進(jìn)行兩臺機(jī) 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(fù)的兩臺機(jī)組已經(jīng)投入 生產(chǎn)服役,運(yùn)行良好,平穩(wěn)可靠。而且 ,采用激光熔覆仿形技術(shù)修復(fù)后的兩臺機(jī)組的所 有動、靜葉片都可比原設(shè)計(jì)制造的新葉片提高使用壽命 50-100%,僅此兩臺設(shè)備可 為津西廠節(jié)省約 50 0多萬元維修資金。近兩年來, 采用再造應(yīng)用

4、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(fù)和改造大量的渦輪 轉(zhuǎn)動設(shè)備 （機(jī)組 ,特別是各種進(jìn)口的關(guān)鍵機(jī)組 （設(shè)備。為 各企業(yè)保障設(shè)備的正常有效運(yùn) 轉(zhuǎn),提高了設(shè)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(fèi)用 ,創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。2、高載荷、低轉(zhuǎn)速、高精度、高合金零部件的修復(fù)和強(qiáng)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(shè)備 ,其零部件在生產(chǎn)工況環(huán)境下服役 , 產(chǎn)生腐蝕、磨損和疲勞 損傷或失

5、效報廢。 而這些大量的設(shè)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(fèi)。 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(dá) 100 億元。 傳統(tǒng)辦法主要 是更換這些設(shè)備零部件 , 甚至因零部件無法使用報廢或 者更換整機(jī) ,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(jī)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(fèi)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(qiáng)化技術(shù)等 高科技技術(shù)的有 效應(yīng)用 , 為這類設(shè)備和零部件的修復(fù)再造開辟了一條嶄新的途徑。 既能使失效或報

6、廢設(shè)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(dá)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(jī)彈 簧座箱 ,減速機(jī)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(fù)后 , 使用性能恢復(fù)了原有新件的技術(shù)指標(biāo)。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(fù) , 達(dá)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(dǎo)向輥、沉浮輥等輥軸類 零部件 ,采用 各種鍛合金鋼、 鑄合金鋼、合金鑄鐵、球墨鑄鐵等

7、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(jì) ,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(fù)合強(qiáng)化技術(shù)進(jìn)行表面 強(qiáng)化處理 ,提高了表面的強(qiáng)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(biāo), 有效地提高軋輥的過鋼量。 經(jīng)多家鋼鐵企業(yè)應(yīng)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(jìn)口。 支承輥屬于被動輥 , 在

8、其工作服役中承受復(fù)雜的應(yīng)力作用。 運(yùn)行時其前方受擠 , 正 下方受壓 , 后方受拉, 深層受剪 切應(yīng)力作用。因此 ,支承輥在工作時 ,接觸點(diǎn)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(fù)后的支承輥使用性能和使用壽命都無法達(dá)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(fù) , 只能做報廢處理。 采用激光 快速成形技術(shù)可 以修復(fù)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(shè)計(jì)和使用優(yōu)于原輥身材質(zhì)的激光快速成形用合金

9、材料 , 使修復(fù)后支承輥身強(qiáng) 度、 耐磨性、 耐腐蝕、 耐疲勞性等指標(biāo)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(jì)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(jì)效益及深遠(yuǎn)的社會效益。實(shí)踐證明 ,如果將軋輥表面進(jìn)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(xiàng) 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

10、 凱激光公司生產(chǎn)的一套 10kW 軋輥激光熱 處理熔覆設(shè)備一年的運(yùn)行成本約為 127.7 萬元,而每套設(shè)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(fù)處理更可以使其 變廢為新 ,給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。3、汽車覆蓋件大型模具激光修復(fù)與強(qiáng)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(jī)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

11、更換新的 模具, 從而造成模具的浪費(fèi)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(jì)效益的重要途徑和方法。此前 ,由于該 類模具比較大 ,進(jìn)行熱處理比較困難。 很多企業(yè)往往不進(jìn)行熱處理或采用火焰法進(jìn) 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(yīng)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(shè)備,采用高功率 CO 2 激光結(jié) 合數(shù)控機(jī)床等設(shè)備對各種重型汽車?yán)睢?翻邊、 修邊等模具進(jìn)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(jìn)行激光 熔凝、合金化熔覆等表面強(qiáng)化工藝處 理,使其

12、抗磨損性能及損傷閥值得到較大提高 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(shè)備還能對表面已 經(jīng)損傷或出現(xiàn)裂紋、 崩塌的模具進(jìn)行激光熔覆修復(fù) , 使其重新得以利用 ,變廢為新。因此, 激光熔覆技術(shù)的應(yīng)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(yīng)用 , 對推進(jìn)我國汽車零配件行業(yè) 及相關(guān)其它行業(yè)的技 術(shù)改造、提高經(jīng)濟(jì)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(jī)械零件的激光強(qiáng)化與修復(fù)采掘

13、機(jī)截齒截齒是采掘機(jī)組上直接切割煤巖的關(guān)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(dǎo)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(diǎn) ,從而加大了井下作業(yè)的強(qiáng) 度,降低了生產(chǎn)效率。 因此,研 制一種工藝先進(jìn)、 技術(shù)穩(wěn)定 , 并能提高截齒端部的耐 磨性, 進(jìn)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

14、和合金化工藝涂層與基體為冶金 結(jié)合,結(jié)合強(qiáng)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(shè)備激光 強(qiáng)化截齒 ,并 在新礦集團(tuán)協(xié)莊煤礦掘進(jìn)工作面進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)巷道 2 03運(yùn)輸巷為半煤巖巷道 ,硬度為 5-6,斷面尺寸為 9.8m2; 1403回風(fēng)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 2 03巷道掘進(jìn) 90米,后在 1403巷道掘進(jìn) 60米,共開挖半煤巖 1542m3。 表面合金化截齒在 1403巷道掘進(jìn) 260米,開挖半煤巖 2860 m3。普通截齒在這種煤巖層只可以掘進(jìn) 30-50米。經(jīng)試驗(yàn) ,激光強(qiáng)化截齒端頭表面硬度

15、、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 56 倍。激光技術(shù)在截齒表面工程技術(shù)上的應(yīng)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(jìn)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(jiān)韌性和涂層材料 的高硬度、 高化學(xué)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)工藝。應(yīng)用抗磨損新型激光強(qiáng)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(shè)節(jié)約性社會有著廣泛而深遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)表面防生銹、 防腐蝕 , 因?yàn)殄兝訉?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(qiáng)化處理后的立柱 ,其基體表面硬度達(dá)到 HV410 。激光技術(shù)在立柱表 面工程技術(shù)上 的應(yīng)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(jìn)行無污染操作 , 在廉價