移動(dòng)式智能激光鍛造增材修復(fù)裝備編制說(shuō)明

《移動(dòng)式智能激光鍛造增材修復(fù)裝備》編制說(shuō)明工作簡(jiǎn)況（一）產(chǎn)品介紹激光鍛造增材修復(fù)技術(shù)是在傳統(tǒng)電弧修復(fù)的基礎(chǔ)上，引入一束納秒短脈沖激光作用于處于高溫狀態(tài)下的電弧修復(fù)區(qū)，利用脈沖激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的強(qiáng)沖擊波對(duì)修復(fù)區(qū)進(jìn)行沖擊鍛造，消除氣孔、降低殘余拉應(yīng)力、形成鍛造態(tài)組織。脈沖激光跟隨電弧協(xié)同運(yùn)動(dòng)，直至修復(fù)完成。通過(guò)逐層逐區(qū)域的激光鍛造，實(shí)現(xiàn)修復(fù)構(gòu)件疲勞壽命的提高。激光鍛造增材修復(fù)技術(shù)在金屬構(gòu)件低應(yīng)力長(zhǎng)壽命修復(fù)上具有廣闊的應(yīng)用前景，可適用于鋼、高溫合金、鈦合金、鋁合金等各種金屬。1、產(chǎn)品性能特點(diǎn)：高質(zhì)量：修復(fù)區(qū)晶粒細(xì)小、氣孔缺陷少、形成殘余壓應(yīng)力，修復(fù)構(gòu)件疲勞壽命長(zhǎng)；高效益：以電弧為熱源，修復(fù)速度快，電弧熔覆和激光鍛造同步完成，效率高；智能靈活：手持式修復(fù)，靈活性大，可應(yīng)用于復(fù)雜環(huán)境修復(fù)；適用性強(qiáng)：適用于各種金屬材料，包括鋼、高溫合金、鈦合金、鋁合金等；節(jié)能環(huán)保：極少熱量、噪聲、廢氣、液體或固體廢物排放2、產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)圖3、移動(dòng)式智能激光鍛造增材修復(fù)裝備的結(jié)構(gòu)組成至少包括：電動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)、鍛造激光器、光束柔性傳輸機(jī)構(gòu)、激光光束變換系統(tǒng)、焊機(jī)、手持式復(fù)合焊槍、風(fēng)冷/水冷冷卻裝置、總控系統(tǒng)、配電系統(tǒng)等。4、適合材料:適用于鋼、高溫合金、鈦合金、鋁合金等各種金屬。（二）標(biāo)準(zhǔn)制定的背景和必要性我國(guó)的海洋國(guó)土面積達(dá)到299.7萬(wàn)平方公里，海岸線長(zhǎng)18400公里，具有豐富的海洋資源。海上風(fēng)電、海洋石油產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展對(duì)于雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。在建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)的背景下，大量海洋工程裝備，包括海上風(fēng)電裝備、石油資源開(kāi)采裝備等，正進(jìn)入海洋環(huán)境服役。然而，海洋環(huán)境十分復(fù)雜，具有高溫、高濕、高鹽和高輻射的特點(diǎn)。此外，海洋中還存在各類極端載荷，包括臺(tái)風(fēng)、地震、海嘯等。復(fù)雜惡劣的海洋環(huán)境極易導(dǎo)致海洋工程裝備產(chǎn)生磨損、腐蝕與開(kāi)裂等損傷，嚴(yán)重影響裝備的服役壽命，甚至造成安全事故。然而，大型的海上結(jié)構(gòu)物難以進(jìn)行拆除返修，而小型零部件雖然可以拆返維修，但是其返修周期長(zhǎng)，由此導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)成本很高。因此，低應(yīng)力長(zhǎng)壽命現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)技術(shù)和智能裝備的開(kāi)發(fā)對(duì)于保障海洋工程裝備的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行、延長(zhǎng)其全生命周期具有重要的意義。對(duì)于海洋工程裝備的損傷金屬構(gòu)件，電弧焊補(bǔ)/增材修復(fù)是目前最常用的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)技術(shù)。但常規(guī)電弧修復(fù)形成凝固態(tài)組織，存在氣孔等冶金缺陷以及殘余拉應(yīng)力嚴(yán)重的問(wèn)題，導(dǎo)致修復(fù)構(gòu)件疲勞壽命短。雖然修復(fù)后熱處理可以降低殘余應(yīng)力、提高壽命，但是對(duì)于海洋工程裝備大型結(jié)構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)，熱處理難以實(shí)施。為此，廣東工業(yè)大學(xué)、廣東鐳奔激光科技有限公司和保利長(zhǎng)大工程有限公司聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)首先提出了激光鍛造增材修復(fù)技術(shù)，即在常規(guī)電弧修復(fù)的基礎(chǔ)上，引入一束納秒短脈沖激光作用于處于高溫狀態(tài)下的電弧修復(fù)區(qū)，利用脈沖激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的強(qiáng)沖擊波對(duì)修復(fù)區(qū)進(jìn)行沖擊鍛造，消除氣孔、降低殘余拉應(yīng)力、形成鍛造態(tài)組織。脈沖激光跟隨電弧協(xié)同運(yùn)動(dòng)，直至修復(fù)完成。通過(guò)逐層逐區(qū)域的激光鍛造，實(shí)現(xiàn)修復(fù)構(gòu)件疲勞壽命的提高。本團(tuán)隊(duì)基于激光鍛造增材修復(fù)技術(shù)開(kāi)發(fā)了移動(dòng)式智能激光鍛造增材修復(fù)裝備，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。然而，如何保證激光鍛造修復(fù)質(zhì)量可靠性、穩(wěn)定性及修復(fù)效率是推動(dòng)激光鍛造增材修復(fù)技術(shù)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。（三）標(biāo)準(zhǔn)編制規(guī)則編寫(xiě)規(guī)則符合GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部份：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫(xiě)》。（四）標(biāo)準(zhǔn)起草過(guò)程本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：張永康、池元清、吳國(guó)平、吳窮、吳清源、余立志、張顯雄等本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：廣東工業(yè)大學(xué)等。廣東工業(yè)大學(xué)等標(biāo)準(zhǔn)起草小組成員根據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)和驗(yàn)證情況，整理形成了標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)稿報(bào)廣東省機(jī)械行業(yè)協(xié)會(huì)。2024年5月將標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)稿，發(fā)出征求意見(jiàn)。技術(shù)指標(biāo)的目的和依據(jù)激光鍛造增材修復(fù)技術(shù)主要應(yīng)用于金屬構(gòu)件修復(fù)，具有修復(fù)性能好、修復(fù)效率高、無(wú)需后續(xù)熱處理、使用靈活方便等優(yōu)點(diǎn)。激光鍛造增材修復(fù)的基本原理：在傳統(tǒng)電弧修復(fù)的基礎(chǔ)上，引入一束納秒短脈沖激光作用于處于高溫狀態(tài)下的電弧修復(fù)區(qū)，利用脈沖激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的強(qiáng)沖擊波對(duì)修復(fù)區(qū)進(jìn)行沖擊鍛造，消除氣孔、降低殘余拉應(yīng)力、形成鍛造態(tài)組織。脈沖激光跟隨電弧協(xié)同運(yùn)動(dòng)，直至修復(fù)完成。通過(guò)逐層逐區(qū)域的激光鍛造，實(shí)現(xiàn)修復(fù)構(gòu)件疲勞壽命的提高。激光器的選擇：具有激光鍛造功能的激光系統(tǒng)，應(yīng)具有ns量級(jí)的激光脈寬、高脈沖能量，及較高的重復(fù)頻率。然而目前常規(guī)脈沖激光器（如脈沖半導(dǎo)體、脈沖光纖激光器），雖有體積較小、效率較高的有點(diǎn)，但其輸出激光的高重復(fù)頻率與大脈沖能量之間存在著相互制約的問(wèn)題，在獲得高重復(fù)頻率的同時(shí)難以兼得大能量輸出。同時(shí)由于受到激光工作介質(zhì)的熱效應(yīng)、激光器體積及系統(tǒng)造價(jià)等因素的影響，大脈沖能量的輸出及高重復(fù)頻率通常是相互矛盾的，很難在工程實(shí)用中得到實(shí)際應(yīng)用。專門的激光鍛造激光器可解決上述矛盾，其核心技術(shù)是采用特殊設(shè)計(jì)的Burst（脈沖串）高效發(fā)生技術(shù)-“脈沖泵浦結(jié)合腔內(nèi)調(diào)制技術(shù)”，并加以MOPA的放大技術(shù)，是目前解決高重復(fù)頻率與高單脈沖能量之間毛寸的最佳方法之一。輸出的脈沖串激光經(jīng)過(guò)激光高效放大后使脈沖串激光具有較高的單脈沖能量，這樣既保證了鍛造激光脈沖在一段時(shí)間內(nèi)的高重復(fù)頻率，又實(shí)現(xiàn)了較高的單脈沖能量，完全適合于“移動(dòng)式智能激光鍛造增材修復(fù)裝備”的復(fù)合加工中。。手持式復(fù)合焊槍設(shè)計(jì)：將鍛造激光同步作用于焊機(jī)的焊接位置，起到激光復(fù)合電弧焊的作用。手持式復(fù)合焊槍內(nèi)設(shè)計(jì)有激光光斑位置調(diào)節(jié)裝置，可以實(shí)現(xiàn)鍛造激光光斑與焊接熔池位置的三維可調(diào)，調(diào)節(jié)靈活、分辨率高。數(shù)控系統(tǒng)的選擇：軟PLC控制系統(tǒng)是隨著工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131的頒布而發(fā)展起來(lái)的。軟PLC提供了與傳統(tǒng)PLC同樣的功能，同時(shí)又提供了基于PC控制系統(tǒng)的各種優(yōu)點(diǎn)并降低了開(kāi)發(fā)成本。其性能優(yōu)越，具有良好的穩(wěn)定性。采用Ethercat總線通訊，系統(tǒng)穩(wěn)定性更高且具有很強(qiáng)的拓展性。機(jī)械手：選擇具有較高精度的多軸機(jī)械手，可以帶動(dòng)激光頭和焊槍按照所需要的空間軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，以滿足焊件的多樣性。相關(guān)技術(shù)參數(shù)的確定：標(biāo)準(zhǔn)編制組收集了大量國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料，采用理論研究與不同試驗(yàn)相結(jié)合的方法，通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)，了解國(guó)內(nèi)外激光鍛造的研究現(xiàn)狀，調(diào)研國(guó)外市場(chǎng)的激光鍛造裝備技術(shù)情況以及產(chǎn)品加工反饋信息。同時(shí)檢測(cè)了大量的不同種類的金屬構(gòu)件，獲得了第一手?jǐn)?shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析整理，為激光鍛造技術(shù)的確定打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。建立精確的工藝模型和采用適當(dāng)?shù)膬?yōu)化算法，建立適合各種材料的連接成型工藝數(shù)據(jù)庫(kù)。研究激光鍛造設(shè)備理，分析修復(fù)缺陷和殘余應(yīng)力的控制機(jī)理，得到最優(yōu)技術(shù)參數(shù)。試驗(yàn)方法的說(shuō)明除外觀指標(biāo)目測(cè)外，其他試驗(yàn)方法均選用現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)方法。表面損傷：在自然光下檢視，配合相關(guān)通用量具進(jìn)行。公司產(chǎn)品完成后已委托“廣東省質(zhì)量監(jiān)督機(jī)械檢驗(yàn)站”進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)，經(jīng)權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)CMA認(rèn)證，送檢的移動(dòng)式智能激光鍛造增材修復(fù)裝備共檢24項(xiàng)，所檢項(xiàng)目均符合檢驗(yàn)依據(jù)要求，順利取得檢測(cè)報(bào)告。檢驗(yàn)規(guī)則的說(shuō)明產(chǎn)品檢驗(yàn)的內(nèi)容包括：產(chǎn)品性能、精度、安全性和外觀。每臺(tái)移動(dòng)式智能激光鍛造增材修復(fù)裝備均須經(jīng)公司質(zhì)檢部門檢驗(yàn)合格，并附合格證方可出廠。移動(dòng)式智能激光鍛造增材修復(fù)裝備分出廠檢驗(yàn)和型式檢驗(yàn)兩種。當(dāng)出廠檢驗(yàn)出現(xiàn)不符合項(xiàng)時(shí)允許返工后重新提交檢驗(yàn)，復(fù)檢后若全部符合要求，或不符合不超過(guò)兩項(xiàng)，而其他項(xiàng)目全部符合要求時(shí)則判出廠檢驗(yàn)合格，否則為不合格。當(dāng)新產(chǎn)品投產(chǎn)定型鑒定時(shí)，工藝、原材料發(fā)生重大改變時(shí)，正常生產(chǎn)每年進(jìn)行的一次例行試驗(yàn)，當(dāng)出廠檢驗(yàn)結(jié)果與上次型式檢驗(yàn)數(shù)據(jù)有較大差異時(shí)，當(dāng)國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門或客戶提出要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行型式檢驗(yàn)。型式檢驗(yàn)應(yīng)從出廠檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品中抽取，抽樣數(shù)為1臺(tái)，并按本標(biāo)準(zhǔn)所有要求逐項(xiàng)進(jìn)行。型式檢驗(yàn)中若全部符合要求，或不符合項(xiàng)不超過(guò)兩項(xiàng)，而其他項(xiàng)目全部符合要求時(shí)則判出廠檢驗(yàn)合格，否則為不合格。標(biāo)志包裝運(yùn)輸貯存的簡(jiǎn)單說(shuō)明1、設(shè)備標(biāo)志設(shè)備標(biāo)志應(yīng)清晰、耐久，標(biāo)志內(nèi)容應(yīng)至少包括：（1）設(shè)備名稱、規(guī)格；（2）制造廠名稱；（3）執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)。2、運(yùn)輸包裝標(biāo)志包裝箱上應(yīng)至少標(biāo)注下列內(nèi)容：a) 設(shè)備名稱、規(guī)格；b) 數(shù)量；c) 毛重和凈重，單位為千克（kg）；d) 箱體外形尺寸（L×B×H），單位為厘米（mm）；e) 制造廠名稱及地址；3、安全警告標(biāo)志本設(shè)備激光發(fā)生器和復(fù)合焊槍上貼有安全警告標(biāo)識(shí)。如下圖：設(shè)備用木箱包裝，包裝箱應(yīng)牢固、可靠，設(shè)備在箱內(nèi)無(wú)晃動(dòng)，在箱外貼有明顯標(biāo)識(shí)。激光器、焊接頭應(yīng)該單獨(dú)包裝發(fā)貨。主要參考的資料下列文件中的系數(shù)通過(guò)本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款，凡是注明日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，凡是不注明日期的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。GB/T230.1-2018金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法GB/T3375-1994焊接術(shù)語(yǔ)GB/T5226.1-2019機(jī)械電氣安全機(jī)械電氣設(shè)備第1部分:通用技術(shù)條件GB/T6576-2002機(jī)床潤(rùn)滑系統(tǒng)GB/T9969-2008工業(yè)產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)-總則GB/T12467.3-2009金屬材料熔焊質(zhì)量要求第3部分：一般質(zhì)量要求GB/T13306-2016標(biāo)牌GB/T13384-2008機(jī)電產(chǎn)品包裝通用技術(shù)條件GB/T18490.1-2017機(jī)械安全激光加工機(jī)第1部分：通用安全要求GB/T19867.4-2008激光焊接工藝規(guī)程GB/T24113.1-2009機(jī)械電氣設(shè)備塑料機(jī)械計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第1部分：通用技術(shù)條件GB/T27666-2011制造用激光器光束質(zhì)量的評(píng)價(jià)和測(cè)試方法GB/T34380-2017數(shù)控激光切割機(jī)HG/T4282塑料焊接試板拉伸試驗(yàn)方法JB/T8896-1999工業(yè)機(jī)器人驗(yàn)收規(guī)則JB/T10324-2018電氣設(shè)備機(jī)柜通用技術(shù)條件GB15980-1995一次性使用醫(yī)療用品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB22747-2008食品加工機(jī)械基本概念衛(wèi)生要求知