激光熔覆技術(shù)在港機(jī)維修中的應(yīng)用

日照港股份有限公司三公司　李　濱　莊肅凱　楊　杰　鄭世偉

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激光熔覆技術(shù)在港機(jī)維修中的應(yīng)用

日照港股份有限公司三公司李濱莊肅凱楊杰鄭世偉

摘要：現(xiàn)代港口機(jī)械驅(qū)動(dòng)部分配置的電機(jī)、減速箱等功率、體積、重量越來(lái)越大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后的電機(jī)和減速箱都會(huì)出現(xiàn)不同程度的磨損，如果更換內(nèi)部組件，維修成本將會(huì)很高。采用傳統(tǒng)的刷鍍、堆焊等技術(shù)進(jìn)行磨損件維修效果不理想，激光熔覆技術(shù)的應(yīng)用能較好地解決港口機(jī)械中的電機(jī)、減速箱、軸類的維修工作。

關(guān)鍵詞：激光； 焊接； 維修

1激光熔覆技術(shù)

1.1激光熔覆的原理

激光熔覆技術(shù)是以不同的填料方式，在被熔覆基材表面上放置被選擇的合金材料，利用高能激光束輻照，與基材表面一薄層同時(shí)快速融化、擴(kuò)展、冷凝，從而形成稀釋率極低(一般小于5%)，與基材形成合金的表面涂層，改善金屬表面耐磨、耐蝕、耐高溫抗氧化特性的技術(shù)工藝方法。

1.2激光熔覆的特點(diǎn)

激光熔覆技術(shù)與電鍍、噴涂、堆焊和氣相沉積等傳統(tǒng)工藝相比較，其優(yōu)點(diǎn)是：

(1)熔覆層組織均勻致密，微觀缺陷少，與基材結(jié)合強(qiáng)度高，稀釋率可控性好。

(2)激光能量密度高，作用時(shí)間短，冷卻速度快，組織具有快速冷凝的特性，基材熱影響區(qū)小，熱變形量小。

(3)激光熔覆為無(wú)接觸加工，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，能進(jìn)行選區(qū)熔覆。

(4)熔覆厚度可控，單道一次可熔覆可在0.2～2.0 mm范圍內(nèi)。

(5)激光熔覆層硬度高、韌性好、工件使用壽命可提高5～8倍。

(6)具有節(jié)能、環(huán)保等特性。

1.3可修復(fù)的基本材料和熔覆材料

激光熔覆技術(shù)可修復(fù)低碳鋼、中碳鋼及各類合金鋼、不銹鋼、鑄鐵、銅及銅合金、鋁及鋁合金等。

根據(jù)基材的不同性能要求，可選擇不同成分的鐵基、鎳基、鈷基自熔性粉末及復(fù)合粉末。激光熔覆粉末的選擇是決定激光熔覆層質(zhì)量性能的關(guān)鍵因素，鐵基粉末主要有：Fe30、Fe45、Fe60等。鎳基粉末主要有：Ni20、Ni25A、Ni45、Ni60等。鈷基粉末主要有：Co42A、Co42B、Co42C、Co50等。粉末具有良好的靈動(dòng)性、自熔性、潤(rùn)濕性和熔覆性。

1.4激光熔覆層優(yōu)異性能與顯微組織的關(guān)系

熔覆層底部，組織為逆熱流方向生長(zhǎng)的典型的樹(shù)枝晶，在熔覆層與基體表面處有一狹窄的白亮帶，其組織為平面晶，呈現(xiàn)冶金結(jié)合特征，結(jié)合強(qiáng)度高，見(jiàn)圖1。

圖1　熔覆層底部顯微組織SEM像

激光熔覆過(guò)程的快速凝固能夠獲得良好的樹(shù)枝晶顯微結(jié)構(gòu)，組織致密，原位生成的危險(xiǎn)顆粒增強(qiáng)粒子，如碳、磞或硅化物彌散分布于樹(shù)枝晶內(nèi)，能夠起到顆粒彌散強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化作用。同時(shí)高溫度梯度下遠(yuǎn)離平衡態(tài)的快速冷卻條件，是凝固組織中形成大量的過(guò)飽和固溶體，晶格產(chǎn)生畸變，因此熔覆層具有硬度高、耐磨性好、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化等綜合性能。

2激光熔覆技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)代港機(jī)驅(qū)動(dòng)部分是由大功率電機(jī)、減速箱等組成，由于受設(shè)備不間斷使用時(shí)間長(zhǎng)，工作環(huán)境惡劣等因素影響，電機(jī)和減速箱長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，各個(gè)部件會(huì)出現(xiàn)不同程度的磨損，嚴(yán)重的會(huì)影響設(shè)備的正常使用。

減速箱傳動(dòng)部位局部摩擦損壞，特別是軸承和殼體接觸面部位殼體內(nèi)孔是容易磨損的部位，處理不當(dāng)會(huì)造成整臺(tái)減速箱報(bào)廢。

2.1激光熔覆技術(shù)在電機(jī)轉(zhuǎn)子軸維修中的應(yīng)用

電機(jī)轉(zhuǎn)子軸是電機(jī)的核心部件，承載著電機(jī)組成部件間的尺寸配合與安裝，轉(zhuǎn)子軸在工作過(guò)程中，磨損與撞擊程度通常很?chē)?yán)重。

利用激光熔覆技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)子軸軸身端及軸承室危機(jī)進(jìn)行修復(fù)與再造，激光熔覆層與基體為冶金結(jié)合，同時(shí)可較好選取熔覆材料填補(bǔ)較大的溝痕、坑、洞等缺陷，適用于變形較大的軸類，熔覆層硬度可達(dá)HRC5以上，是傳統(tǒng)的刷鍍、噴涂、堆焊等維修工藝無(wú)法比擬的。港機(jī)設(shè)備中電機(jī)多為大功率電機(jī)，價(jià)格高昂，維修難度大，利用激光熔覆技術(shù)能對(duì)電機(jī)軸進(jìn)行維修，能有效降低維護(hù)成本。

2.2激光熔覆技術(shù)在減速箱軸修復(fù)中的應(yīng)用

減速箱經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)后，其高速軸和低速軸會(huì)出現(xiàn)磨損，產(chǎn)生溝槽，與密封圈配合不良，導(dǎo)致漏油。通過(guò)激光熔附技術(shù)修復(fù)減速箱軸的溝槽，同時(shí)更換新油封，能較好地解決減速箱軸端漏油問(wèn)題。

2.3激光熔覆技術(shù)在減速箱體軸孔修復(fù)中的應(yīng)用

利用激光熔覆技術(shù)，選用耐磨性能大大高于基材的粉末，對(duì)減速箱殼體內(nèi)孔磨損表面進(jìn)行修復(fù)，將受損傷部位恢復(fù)原設(shè)計(jì)尺寸后，硬度達(dá)HRC55以上，且熔覆層與基體為冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高，可大幅度提高內(nèi)孔表面的抗磨損能力，使壽命為傳統(tǒng)修復(fù)工藝的5～6倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了原有新件的技術(shù)指標(biāo)，見(jiàn)表1。

表1　激光熔覆技術(shù)與傳統(tǒng)刷鍍工藝對(duì)比

3結(jié)論

在我國(guó)港口機(jī)械應(yīng)用中，鋼鐵基的金屬材料占主導(dǎo)地位。同時(shí)，金屬材料的失效(諸如腐蝕、磨損、疲勞等)大多發(fā)生零部件的工作表面，需要對(duì)表面進(jìn)行強(qiáng)化。為滿足工件的服役條件而采用大塊的原位自生顆粒增強(qiáng)鋼鐵基復(fù)合材料制造，不僅浪費(fèi)材料，而且成本高。另一方面，從仿生學(xué)的角度考察天然生物材料，其組成為外密內(nèi)疏，性能為外硬內(nèi)韌，且密-疏、硬-韌從外到內(nèi)是梯度變化的，天然生物材料的特殊結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)良的使用性能。根據(jù)工程上材料特殊的服役條件和性能要求，迫切需要開(kāi)發(fā)強(qiáng)韌結(jié)合、性能梯度變化的新型表層金屬基復(fù)合材料。因此，利用激光熔覆方法制備與基材呈冶金結(jié)合的梯度功能原位自生顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料不僅是工程實(shí)踐的迫切需要，也是激光表面改性技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

李濱： 276826，山東省日照市東港區(qū)海濱五路南首

Application of Laser Cladding Technology in Port Machinery Maintenance

The Three Company of RiZhao port co.,LTDLi binZhuang SukaiYang JieZhang Shiwei

Abstract：For the power, volume and weight of the port machinery'sdynamos and reduction boxes are becoming bigger and bigger, they will appear varying degrees of abrasion after long time running. the cost of maintenance will be high. If changing internal components,and the maintenance effeets of brushing plating, welding and bead welding is unsatisfactory. The laser cladding technology can solve the maintenance problem beter.

Key words:laser; welding; maintenance

DOI：10.3963/j.issn.1000-8969.2016.01.016

收稿日期：2015-09-29