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[技术] 激光内孔熔覆应用

zksxlaser 发表于 2017-4-14 14:02:06 | 显示全部楼层 |阅读模式 [复制链接]
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本帖最后由 zksxlaser 于 2017-4-14 14:04 编辑


    随着激光修复技术的普及并深入各大机械制造领域,修复的范围不再是简单的外在平面,而是形状不一的内部轮廓,如直径不超过
100mm的内孔、呈梯形等规则或毫无规律分布的内壁等,这些内部轮廓深浅不一,大小不一,常见的用于外表面加工的激光加工头已经不再适用,往往需要进行特殊定制。
      对于足够大的孔径,市场上现有的多种传统激光加工头可提供内部或外部轮廓的加工。不过,当内部轮廓的深度与内径之比超出了传统加工头的加工范围,传统加工头此时便无能为力,只能根据内部轮廓的尺寸对加工头进行设计。

图片1.png
阀体内孔熔覆准备状态及加工过程

阀体熔覆后形貌.png
阀体熔覆后形貌

内孔修复需求并不是最近才出现,而是过去难以设计出合适的加工头导致内部轮廓的修复技术迟迟得不到顺利开展。工业应用中加工头的使用主要标准是持续的热负荷能力;使用的高效水冷却方式可以防止精密元件发生过热现象;加工头的内部保护系统可以防止它受到粉末颗粒沉积带来的污染或损坏。根据以上基础标准,由中科四象自主设计的专属于内部轮廓激光熔覆及合金化用的同轴加工头,由激光通道、内外冷却水通道、送粉通道以及加强版气帘通道构成。内孔熔覆同轴加工头因送粉通道的特殊结构,加工头的送粉嘴及保护镜单元距离工件修复面非常近,因此激光作用于修复面时产生的热量辐射、飞溅粉末在高温气氛中携带热量粘结在加工头附近等多种因素造成了加工头保护镜模块的高热量负荷以及送粉嘴被飞溅物堵塞等问题,导致保护镜片受损严重,使用寿命骤减。而频繁更换保护镜片不仅耗时耗力,还不利于成本节约。为了解决这一项技术难题,我们总结失败经验,集思广益,在结构上重新更改设计,经测试,目前可实现连续4小时的作业,如图中所示,是某能源领域中常用的一种阀座内壁熔覆强化案例。本案例中采用的是中科四象自主研发生产的ZKSX-3008激光器,800微米光纤芯径,以及一台小型转台将阀座固定并以一定速度承载其旋转,直至完成整个内壁的熔覆强化。从图中可以看出,涂层成形良好。

      随着在内部轮廓修复技术上取得巨大突破,中科四象继而针对狭窄、深度不小于500mm的内部轮廓修复进行了加工头的设计,按照孔径大小主要有Φ100mm、Φ250mm两种种型号,通过在公司内部的工艺中心进行不断测试和优化,顺利完成了新型内孔熔覆加工头的成功应用。

轴类内孔修复案例.png
轴类内孔修复案例

图3 中科四象自主设计的1.5m长内孔熔覆加工头.png
中科四象自主设计的1.5m长内孔熔覆加工头

    本案例中采用的内孔熔覆加工头的导光长度为1.5m,由于深度很长,管道内部高温、高粉尘、高油污的环境,对保护镜的伤害特别大,因此对保护镜模块的设计要求格外严苛。同时,深孔熔覆(>500mm)的加工过程,对熔覆头的稳定性和可靠性也具有非常高的要求,如导光管与激光光路的同心度、熔覆头冷却系统的高效性、加工头随机床联动时的稳定性等。

通过这次修复经验,经过优化修复过程中遇到的各种问题,我们目前可以实现:
1.可以满足孔深≤1.5m、内孔直径≥96mm的内孔熔覆需求;
2.可以满足所有外圆的修复、熔覆需求;
3.可以满足孔深>1.5m、内孔直径>150mm、内孔阶梯落差<10mm(如轴22-1#)的内孔熔覆需求,将光纤导入轴内,需要设计工装、添置相应的观察仪器;
4.对于内孔直径<96mm的轴类内孔熔覆,需要设计更小的内孔熔覆头,并进行论证。
5.对于孔深>1.5m、内孔直径<150mm的内孔熔覆需求,需要设计>1.5m的内孔熔覆头,并进行论证。
      图片2.png
图为内孔激光熔覆头参数

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