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一、類激光高能脈沖精密冷補技術原理與特點

類激光高能脈沖精密冷補技術是指修補效果類似于激光焊的一種新型金屬零件表面修補技術，其原理是采用斷續的高能電脈沖，在電極和工件之間形成瞬時電弧,使修補材料和工件迅速熔結在一起，達到冶金結合。其中，每個瞬時電弧的產生都是由起弧、維弧、熄弧三個過程組成，這個過程持續時間為幾十毫秒，而兩個電弧之間有幾秒到十幾秒的間隔時間。

（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技術原理示意圖

采用的高能脈沖能量集中、作用時間短，產生的瞬時電弧使得熱影響區金屬過熱比較小，實現了失效表面的“冷補”修復，有效地避免了薄壁類零件在其它焊修時產生的形變。同時在修補過程中有氬氣在電弧周圍形成氣體保護層，防止了空氣對鎢極、熔池及鄰近熱影響區的有害影響。利用該技術得到的修補層致密，結合強度高，修復成形好，其修復效果可與電子束焊、激光焊相媲美。

圖2  激光焊補技術與類激光冷補技術特點

該技術主要特點：

1、具有較高的焊補精度

通過對輸出電流、時間的精確控制，最小修復量達0.2mm。

2、具有較小的焊補沖擊

采用脈沖電流，能量集中，作用時間短，可進行薄壁件的修補，焊補應力和焊后變形小。

3、具有較小的熱影響區

對基體熱輸入量小，基材性能無退化，無宏觀熱變形；

4、具有較高的結合強度

基體與補材為冶金結合，適用各種加工方式，不會出現結合不牢固、脫落等現象。從圖3、圖4可以看出基材和補材結合良好，焊點連續，無裂縫。

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

5、具有較廣的焊補材料

對焊補材料沒有特殊的要求，普通氬弧焊焊條均可用作焊補材料。

6、具有簡單的操作工藝

工藝簡便，可實現手工操作及自動化控制，只需簡單培訓即可。

7、具有較寬的應用范圍

可實現精密修復、磨損、裂紋及缺損焊補、特形表面修復、局部不解體現場修復。

圖5  類激光高能脈沖精密冷補技術特點

二、設備原理以及技術指標

類激光高能精密冷補機將380V工業電或220V市電通過整流濾波，再進行逆變，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為設備原理。

圖6  類激光高能脈沖精密冷補設備原理

表1類激光高能脈沖精密冷補設備技術指標

三、類激光冷補工藝特點

1.根據修補的部位和場合實際情況，選擇單點工作模式或連續工作模式；

2．依據補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熱影響區的要求擇脈沖時間，可以精確控制脈沖的作用時間；

4．根據實際需求，選擇手工操作方式或自動化控制方式。

（1）手工操作：

手工操作比較靈活，便于掌握，可以對零件任意部位進行修補。圖7為手工操作修補汽車曲軸的實例。

圖7 采用手工操作修復曲軸

（2）自動化控制：

類激光高能脈沖精密冷補機配合三維或五維自動控制臺，通過控制臺的數控系統可準確的控制焊槍的運動軌跡，能夠實現直線、折線、圓弧和不規則劃痕的精密修復。圖8為利用自動操作修補裝備零件實例。

自動控制能夠降低勞動強度，克服人為操作的誤差，可顯著提高修復精度、修復效率和修復質量；同時，可以避免修復時產生的電弧對人體的輻射。

（a）對凸輪軸進行試修補                           （b）對連桿的試修補    

（c）對齒輪軸的修補                        （d）對薄壁零件的修補

圖8  利用自動化控制方式修補裝備零件實例

  （a）                                （b）

圖9 采用自動化方式進行冷補試驗的試樣

四、應用領域及范圍

1.      裝甲車輛等重型裝備

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

2.      汽車機車等機動車輛

汽車、機車等各類機動車的凸輪、曲軸、齒輪、傳動軸、盤類、桿類等傳動零部件修復，以及車體的表面焊道缺陷補平修正。

3.      船舶工業

軍艦、大型拖船、艦船等船舶發動機缸體、曲軸、連桿軸頸的磨損、線性裂紋與溝痕等損傷，以及各類傳動軸、齒輪等傳動零部件的修復。

4.      航空工業

飛機高強度結構鋼、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、飛機起落架、外板部件、發動機零件等修復。

5.      機械加工

加工制造過程中產生的加工超差及缺陷修補。

6.      特形表面

曲軸、凸輪軸、凹槽、內角等特形表面的修復。

7.      模具

各類模具劃傷、磨損、局部凹陷、型腔點蝕等缺陷的修復。

8.      鑄造

鑄件或加工產生的砂眼、氣孔等缺陷的修補。

9.      油田

鉆井等大型裝備磨損、腐蝕的現場修復。

10.    礦業

各種礦山機械設備、風機軸、壓力機活塞柱、特別適用于煤礦液壓支柱崩傷、腐蝕坑的修復。