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激光熔覆在軸類零件中的應用

軸類零件在石礦、化工、冶金、電力、水泥等機械行業占據著非常重要的地位,承載著整個作業線傳動機構順利運行的重要使命,因此在連續化大生產模式下,必須嚴格規范軸類零件的質量和性能,才能夠充分保證使用設備運行的安穩性、可靠性以及完好性。
   例如在冶金行業,隨處可見的軋機設備中,一定離不開軋輥。軋輥作為生產鋼件的重要零件兼易損耗件,其性能的好壞直接決定著產品的質量和生產效率。其工作原理通常是通過一對或一組軋輥滾動時產生的壓力來碾壓鋼材,不斷的連續作業使軋輥長期處于因軋制負荷引起的接觸應力、殘余應力以及周期性熱應力的交互影響中,即使性能再優異的軋輥也會遭到破壞。而在生產中因生產工藝參數調試不當、連鑄坯質量缺陷、機械或電器故障引發的卡鋼、堆鋼等安全事故,會在軋輥局部集聚大量熱量難以釋放,終形成熱沖擊對軋輥造成破壞。除此之外,軋輥邊部壓靠、局部機械應力亦是造成軋輥失效的主要原因。
   軋輥的主要失效方式有裂紋、局部剝落以及斷裂等。其中裂紋主要是發生在軋輥表層內;剝落一般是因裂紋發生擴展而引發,如圖1所示;斷裂則是因軋制事故發生后軋制載荷突然增大,同時誘發疲勞裂紋進一步擴展,終引發軋輥在輥頸處或輥頸與輥脖交界處發生斷裂。此外,服役期間發生的腐蝕和磨損也是加速軋輥失效的兩大主因。圖1 中產生的局部組織脫落,通過從激光加工頭一側吹送金屬粉末,由機械手負載加工頭按照預設軌跡逐道熔覆,直至填滿整個坑口。因該軸件表面是經過淬火處理的,因此在熔覆前需消除其淬火組織,同時考慮到軸件體積較大,冷卻速度較快,還需對其進行局部預熱,否則在熔覆過程中極易產生裂紋,甚至擴大受損面積以及深度。熔覆后的效果圖如圖2所示。
表格1 
功率W 速度mm/min/ 光斑直徑mm 搭接率mm
1600 300 3 1.5    其中搭接率直接會影響到熔覆層的厚度,隨著搭接率的增大,涂層的厚度也變大。激光功率、掃描速度以及送粉率亦然,決定著涂層的質量和組織特征。一般來說,修復任何零部件佳方案是一次成形,然而實際情況中受損的零部件凹坑或裂紋往往較深,有時多達5mm,甚至不止。此時便需要多道多層搭接,熔覆組織將受到由道與道之間、層與層之間、層與道之間構成的“應力網”的作用,若彼此間應力得以消除,獲得的熔覆組織便會十分穩定,無裂紋,不過,這僅是理想狀態,一般獲得的熔覆組織都會存在殘余應力,通常通過在一定溫度下保溫緩冷來消除這一應力。因此,若實際條件允許的話,應調試工藝參數,好熔覆一層即可完美修復受損部位,避免應力可能引發的潛在破壞。

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