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類激光高能脈沖精密冷補(bǔ)技術(shù)

一、類激光高能脈沖精密冷補(bǔ)技術(shù)原理與特點(diǎn)

類激光高能脈沖精密冷補(bǔ)技術(shù)是指修補(bǔ)效果類似于激光焊的一種新型金屬零件表面修補(bǔ)技術(shù)，其原理是采用斷續(xù)的高能電脈沖，在電極和工件之間形成瞬時(shí)電弧,使修補(bǔ)材料和工件迅速熔結(jié)在一起，達(dá)到冶金結(jié)合。其中，每個(gè)瞬時(shí)電弧的產(chǎn)生都是由起弧、維弧、熄弧三個(gè)過程組成，這個(gè)過程持續(xù)時(shí)間為幾十毫秒，而兩個(gè)電弧之間有幾秒到十幾秒的間隔時(shí)間。

（a）工作原理示意圖

(b)熱源（電弧）工作過程示意圖

圖1類激光高能脈沖精密冷補(bǔ)技術(shù)原理示意圖

采用的高能脈沖能量集中、作用時(shí)間短，產(chǎn)生的瞬時(shí)電弧使得熱影響區(qū)金屬過熱比較小，實(shí)現(xiàn)了失效表面的“冷補(bǔ)”修復(fù)，有效地避免了薄壁類零件在其它焊修時(shí)產(chǎn)生的形變。同時(shí)在修補(bǔ)過程中有氬氣在電弧周圍形成氣體保護(hù)層，防止了空氣對(duì)鎢極、熔池及鄰近熱影響區(qū)的有害影響。利用該技術(shù)得到的修補(bǔ)層致密，結(jié)合強(qiáng)度高，修復(fù)成形好，其修復(fù)效果可與電子束焊、激光焊相媲美。

圖2  激光焊補(bǔ)技術(shù)與類激光冷補(bǔ)技術(shù)特點(diǎn)

該技術(shù)主要特點(diǎn)：

1、具有較高的焊補(bǔ)精度

通過對(duì)輸出電流、時(shí)間的精確控制，最小修復(fù)量達(dá)0.2mm。

2、具有較小的焊補(bǔ)沖擊

采用脈沖電流，能量集中，作用時(shí)間短，可進(jìn)行薄壁件的修補(bǔ)，焊補(bǔ)應(yīng)力和焊后變形小。

3、具有較小的熱影響區(qū)

對(duì)基體熱輸入量小，基材性能無退化，無宏觀熱變形；

4、具有較高的結(jié)合強(qiáng)度

基體與補(bǔ)材為冶金結(jié)合，適用各種加工方式，不會(huì)出現(xiàn)結(jié)合不牢固、脫落等現(xiàn)象。從圖3、圖4可以看出基材和補(bǔ)材結(jié)合良好，焊點(diǎn)連續(xù)，無裂縫。

圖3覆層截面金相圖（200×）             圖4 覆層截面金相圖（200×）

5、具有較廣的焊補(bǔ)材料

對(duì)焊補(bǔ)材料沒有特殊的要求，普通氬弧焊焊條均可用作焊補(bǔ)材料。

6、具有簡(jiǎn)單的操作工藝

工藝簡(jiǎn)便，可實(shí)現(xiàn)手工操作及自動(dòng)化控制，只需簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可。

7、具有較寬的應(yīng)用范圍

可實(shí)現(xiàn)精密修復(fù)、磨損、裂紋及缺損焊補(bǔ)、特形表面修復(fù)、局部不解體現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)。

圖5  類激光高能脈沖精密冷補(bǔ)技術(shù)特點(diǎn)

二、設(shè)備原理以及技術(shù)指標(biāo)

類激光高能精密冷補(bǔ)機(jī)將380V工業(yè)電或220V市電通過整流濾波，再進(jìn)行逆變，然后通過高頻隔離變壓器，最后再變換成高能脈沖，高能脈沖以電弧形式釋放于鎢極和工件之間，溫度極高的電弧使焊絲和工件迅速熔化而熔接在一起。圖6為設(shè)備原理。

圖6  類激光高能脈沖精密冷補(bǔ)設(shè)備原理

表1類激光高能脈沖精密冷補(bǔ)設(shè)備技術(shù)指標(biāo)

三、類激光冷補(bǔ)工藝特點(diǎn)

1.根據(jù)修補(bǔ)的部位和場(chǎng)合實(shí)際情況，選擇單點(diǎn)工作模式或連續(xù)工作模式；

2．依據(jù)補(bǔ)材的種類和直徑大小，可以選擇脈沖電流值來精確控制脈沖能量的大小；

3．按照基體材料的耐熱能力以及對(duì)熱影響區(qū)的要求擇脈沖時(shí)間，可以精確控制脈沖的作用時(shí)間；

4．根據(jù)實(shí)際需求，選擇手工操作方式或自動(dòng)化控制方式。

（1）手工操作：

手工操作比較靈活，便于掌握，可以對(duì)零件任意部位進(jìn)行修補(bǔ)。圖7為手工操作修補(bǔ)汽車曲軸的實(shí)例。

圖7 采用手工操作修復(fù)曲軸

（2）自動(dòng)化控制：

類激光高能脈沖精密冷補(bǔ)機(jī)配合三維或五維自動(dòng)控制臺(tái)，通過控制臺(tái)的數(shù)控系統(tǒng)可準(zhǔn)確的控制焊槍的運(yùn)動(dòng)軌跡，能夠?qū)崿F(xiàn)直線、折線、圓弧和不規(guī)則劃痕的精密修復(fù)。圖8為利用自動(dòng)操作修補(bǔ)裝備零件實(shí)例。

自動(dòng)控制能夠降低勞動(dòng)強(qiáng)度，克服人為操作的誤差，可顯著提高修復(fù)精度、修復(fù)效率和修復(fù)質(zhì)量；同時(shí)，可以避免修復(fù)時(shí)產(chǎn)生的電弧對(duì)人體的輻射。

（a）對(duì)凸輪軸進(jìn)行試修補(bǔ)                           （b）對(duì)連桿的試修補(bǔ)    

（c）對(duì)齒輪軸的修補(bǔ)                        （d）對(duì)薄壁零件的修補(bǔ)

圖8  利用自動(dòng)化控制方式修補(bǔ)裝備零件實(shí)例

  （a）                                （b）

圖9 采用自動(dòng)化方式進(jìn)行冷補(bǔ)試驗(yàn)的試樣

四、應(yīng)用領(lǐng)域及范圍

1.              裝甲車輛等重型裝備

裝甲車輛等重型裝備傳動(dòng)部分零部件表面磨損、腐蝕、以及微區(qū)損傷、缺損等失效修復(fù)，解決損傷面積小、形狀復(fù)雜、位置特殊的修復(fù)難題。

2.              汽車機(jī)車等機(jī)動(dòng)車輛

汽車、機(jī)車等各類機(jī)動(dòng)車的凸輪、曲軸、齒輪、傳動(dòng)軸、盤類、桿類等傳動(dòng)零部件修復(fù)，以及車體的表面焊道缺陷補(bǔ)平修正。

3.              船舶工業(yè)

軍艦、大型拖船、艦船等船舶發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、曲軸、連桿軸頸的磨損、線性裂紋與溝痕等損傷，以及各類傳動(dòng)軸、齒輪等傳動(dòng)零部件的修復(fù)。

4.              航空工業(yè)

飛機(jī)高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、沉淀硬化不銹鋼的表面腐蝕、劃傷、裂紋等表面失效與缺陷修復(fù)、飛機(jī)起落架、外板部件、發(fā)動(dòng)機(jī)零件等修復(fù)。

5.              機(jī)械加工

加工制造過程中產(chǎn)生的加工超差及缺陷修補(bǔ)。

6.              特形表面

曲軸、凸輪軸、凹槽、內(nèi)角等特形表面的修復(fù)。

7.              模具

各類模具劃傷、磨損、局部凹陷、型腔點(diǎn)蝕等缺陷的修復(fù)。

8.              鑄造

鑄件或加工產(chǎn)生的砂眼、氣孔等缺陷的修補(bǔ)。

9.              油田

鉆井等大型裝備磨損、腐蝕的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)。

10.         礦業(yè)

各種礦山機(jī)械設(shè)備、風(fēng)機(jī)軸、壓力機(jī)活塞柱、特別適用于煤礦液壓支柱崩傷、腐蝕坑的修復(fù)。