激光表面改性技术在工业中的应用

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修理与改造
文章编号：AMOANLOAA （ PLL#）L!NLLABNLP
空气干燥器自控系统的 J:; 控制
赵志强，周昭勇
（ 秦皇岛市戴卡轮毂制造有限公司 设备管理维修部，河北 秦皇岛
LMMLL# ）
摘
要：介绍用可编程控制器改造戴卡公司空气干燥器控制系统，取代时间继电器、中间继电器逻辑控制方
"C$ >).886)3 7 D EF G*// >F =*<.H I E JF *- ./% :.1*) -)*-K*+（ ： MBNOO% 68 <)*@ 2)6+% =*-./1 >*9?+6/6<@， ABB# ， AL ）
收稿日期： PLL#NL#NP&
A% 系统要求
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/)0 张魁武 $ 激光表面热处理技术 $ /,0 关振中主编 $ 激光加工工艺手册 $
)$ 激光熔覆技术
激光熔覆亦称激光包覆，是一种新的表面改性 技术。它通过在基材表面添加熔覆材料，利用高能 密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝，在基
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（ ： &#C% =.-*)2./1%54)8.9* .+3 ;6.-2+<1 >*9?+6/6<@， ABBA ， &C ）
繁琐。 （ P）无单独起、停 ’、 G 压缩机的功能，其中 一台发生故障时，另一台无法单独投入运行。 （ #）故障率高。由于控制系统采用时间继电 器、中间继电器，太繁复，只要有一个元器件损 坏，设备就无法正常运转。 二、系统改造要求及实施
,$ 应用
激光熔覆可将高熔点的材料熔覆在低熔点的基 材表面，且材料的成分不受通常的冶金热力学条件 限制，故所用熔覆材料的范围相当广泛，包括镍 基、钴基和铁基合金、碳化物复合合金材料以及陶 瓷材料等。其中，合金材料和碳化物复合材料的激 光熔覆较为成熟，并已获得某些应用。 在实际生产中，激光熔覆技术的应用主要体现 在以下几个方面。 （ 表面要求较高或有特殊 )）对芯部要求一般， 要求（ 耐磨、 耐高温、 抗交变应力、 耐腐蚀） 的工件； （ 气孔、砂眼、尺寸超差、 ,） 对 制 造 缺 陷 （ 表面损伤）进行弥补； （ ’）对因局部磨损而报废的大型、贵重零部 件进行修复。
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式，实现了干燥器的自动运行、单机单独运行、宽范围的时间调整、故障报警等功能，并对运行期间的各种 参数和状态进行检测，对于设备运行状态做出直观显示，提高了运行可靠性，降低了故障率。 关键词：可编程控制器；空气干燥器；自动控制 中图分类号： >=COA%MTA 文献标识码： G
戴卡轮毂制造有限公司采用长春压缩空气净 化设备有限公司生产的 :QRNALL 型压缩空气干燥 ， 器 。 此 设 备 有 两 台 A!,S 压 缩 机 （ ’ 机和 G 机） 每台压缩机有两个绕组 （ ，两 ’A、 ’P 和 GA、 GP） 个绕组先后起动，两台压缩机分时循环工作。控 制系统由起动、 停止、 冷媒压力检测输入、计时延 时及状态指示等电路组成。现设备改造要求另加 实现自动循环工作宽范围时间调整、手动单机单 独运行及故障报警功能。 一、原控制系统及存在问题
’) 激光表面改性技术的特点
通过激光表面改性处理，可以使材料表面性质 改变，满足结构特殊用途的需要，达到提高金属材 料零件表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及强度和 高温性能的目的，较其它表面处理工艺具有以下显 著优点。 （ "）激光束具有很高的功率密度，材料被加 热和自冷却速度很快，激光硬化处理后的工件表面 硬度比常规淬火硬度高 */0’&/ ，在零件表面可获 得极细的硬化层组织，而且淬硬层的深度可以控 制，一般为 &)(0")’11，采用大功率激光器可以达 到 "0(11； （ ’）依靠零件本体热传导实现急冷，无需冷 却介质，具有很高的工作效率，配有计算机控制的 多维运动工作台的激光加工系统，特别有利于生产 率很高的机械化、自动化生产； （ (）通过工艺控制，可以对零件表面进行相 变硬化、熔凝强化、合金化、特殊功能材料熔覆等 各种表面改性处理； （ -） 与 各 种 传 统 热 处 理 技 术 相 比 变 形 最 小 ， 且可以用处理工艺来控制变形量； （ *）可处理零件的特定部位及其它方法难以 处理的部位，对表面形廓复杂的零件，可进行灵活 的局部强化；
’$ 与其它表面修复技术的比较 见表 ’。
表#
项目 结合方式 变形情况 较小 较大 不变形 修复厚度 成本 高 一般 较高
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激光淬火与渗氮的比较见表 ,。 三、激光熔覆技术及其修复功能
冶金结合 工件需预热， 变形大 范围较大 一般
综上所述，激光表面改性技术在工业生产的某 些领域已获得成功应用。 参考文献：
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修理与改造
（ 即使是特殊的合金化 (）一般无需真空条件， 处理，用保护气体即可有效防止氧化及元素烧损； （ +）最大限度地消除了传统热处理影响区的 不良影响。 激光表面改性也具有局限性： （ )）由于只是 表面局部处理，无助于芯部性能的改变； （ ,）由 于金属对波长 )#$(!" 的激光反射率很高，为增大 对激光的吸收率，需做表面涂层预处理； （ ’）设 备一次性投入费用高，且需要专业人员操作。 二、激光表面改性技术在工业生产中的应用 据统计，一家年产 )## 万 - 钢的企业，每年生 产 配 件 和 设 备 配 件 消 耗 费 用 占 生 产 成 本 的 +$,. ， 可见降低冶金企业备件消耗费用是当前冶金企业成 本管理的重要课题之一，也是激光表面改性技术应 用的基本领域。 该技术的应用，按工件材质分，可对冶金行业 中的低碳钢、中碳钢、铸铁、合金钢及模具钢进行 激光相变、激光熔凝、激光合金化、激光熔覆和激 光复合处理；按工件类型分，可广泛应用于机械、 机床、冶金、液压、石化、纺织、电力等行业的轴 类、轮盘、板类及复杂形状零件、大型部件、空腹 件内壁。 激光表面淬火与其它表面淬火的比较见表 )。 表!
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表"
项目 层深
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表面 粗糙度
结合 方式 冶金 结合
工艺特点
使用 性能
激光 层深 ! 淬火、 #$%&’$# 粗糙度 " 熔凝 离子 渗氮
处理时间 熔凝后 短，不受工件 需磨削 形状限制
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不变
处理时间 不能承 化学键 长，加工范围 受重载 结合 依据炉体规格
材表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。 由于激光束的高能密度所产生的近似绝热的快 速加热过程，激光熔覆对基材的热影响较小，引起 的变形也小。控制激光的输入能量，还可将基材的 稀释作用限制在极低的程度 （ 一般为 ,.&!. ） ，从 而保持原熔覆材料的优异性能。
P% 原控制线路见图 P。
A% 原控制器系统的自控过程见图 A。
#% 原控制系统存在的问题 （ A）自动循环工作时运行时间最长为 !?，要
增加运行时间只能再扩展定时电路，这样控制更加
"#$ 阎毓禾 % 高功率激光加工及应用 % 天津科学技术出版社 % "&$ ’ ()*+, *-./ %0*1234./ 5-)*11 6+ 7288*)*+9* :.1*) ;/.332+<
文介绍了该技术的基本情况、显著优点和局限性，以及在工业生产中的应用，阐述了激光熔覆技术及其修 复功能。 关键词：激光表面改性技术；工业；应用；激光熔覆技术；修复功能 中图分类号： +,"$-)文献标识码： .
激光表面工程技术是将现代物理学、化学、计 算机、 材料科学、 先进制造技术等多方面的成果和知 识结合起来的高新技术，无论是激光表面改性技术 还是激光表面修复技术，都能使低等级材料实现高 性能表层改性，达到零件低成本与工作表面高性能 的最佳组合，为解决整体强化和其它表面强化手段 难以克服的矛盾带来可能性，对重要构件的材质与 性能选择、 匹配、 设计和制造产生极为有利的影响， 甚至可能引起设计和制造工艺的某些根本性变革。 一、激光表面改性技术及其特点
项 目 变形 自冷淬硬 淬硬深度 质量 表面氧化 几何形状复杂件 初始投资 小零件 大零件 单件 大批生产 可调制性 火焰淬火 感应淬火 激光淬火 电子束淬火 大 差 中等 差 大 良好 小 差 较好 中等 差 差 大 差 较深 中等 较大 差 较小 良好 一般 差 好 一般 小 良好 差 良好 较小 好 大 良好 良好 好 较好 好 较小 中等 中等 良好 较小 好 大 良好 差 好 好 好 激光熔覆 冶金结合 热喷涂 电刷镀 堆焊 物理结合 离子结合
") 激光表面改性技术
该技术是利用聚焦激光束很高的功率密度，由 激光加工机和光学系统在计算机控制下对金属或合 金表面特定部位进行扫描，使零件表层瞬间被加热 或熔化，然后利用金属本身极好的导热性能使表层 以远高于通常在冷却介质中获得的冷却速度急冷， 达到改变零件表层组织和性能的目的。其中，利用 激光淬火、激光合金化、激光熔凝、激光熔覆技术 对激光表面处理后的各种材料组织、金相结构和物 理化学性能的基础研究获得了较全面的数据和资 料，重要构件的工业性试验又验证了激光表面改性 对提高零件特定工作表层服役性能和整体工作寿命 的优异效果，使该技术逐渐被了解、重视并得到了 广泛应用。
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激光表面改性技术在工业中的应用
郎 娟 "，邢志华 "，朱起云 ’
(&&’’& ； ’) 天津冶金工Baidu Nhomakorabea总公司，天津 (&&&*& ）
（ ") 天津环通激光技术有限公司，天津
摘
要：激光表面改性技术作为一种独特而有效的表面处理手段，在工业生产中具有广泛的应用前景。本