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激光熔覆技术在金属管内壁行业中的应用

管筒件内表面处理一直是表面改性领域的难题,特别是内径较细、长径比较大及变径的管件,等离子体难以进入管件内部,因而处理难度较大。

在实际工业应用中,有大量管状工件的内表面需要改性处理,例如:油田上的抽油泵泵筒、输油管道、化工管道、汽车汽缸套,以及军事领域特别是海军靓舰艇上配置的舰炮炮管以及鱼雷发射管等。如不锈钢管材由于其本身固有的优异特性及其所带来的安全性、可靠性、清洁性、耐用性、经济性和环保性等优点而大量应用于建筑给水和直饮水的管道,为保护水资源,改善水质,保护人们的健康发挥了重要的作用。碳钢管材、铸铁管材广泛应用于石油、天然气工业中气、水、油的输送,为其它行业提供了可靠的能源保障。锰钢及碳锰钢无缝钢管则是船舶用耐压管材的首选材料。在生物医疗应用方面,许多人造器官都具有管状形状,比如纤细柔韧的细长管是制备人造血管最基础的构件。而在国防领域中,坦克、大炮、机械的身管,发动机管路,雷达波导管以及武装装备战车的轴承、活塞套等等,各种管筒结构零件的应用更为广泛。

但在实际应用中,由于腐蚀、高温氧化、摩擦磨损,管筒件内表面经常发生严重的破坏,造成寿命缩短,给人们的生活带来了许多的不便,工程应用上带来大量的经济损失。据2003年9月对我国第二大油田——胜利油田的调查发现,整个胜利油田由于腐蚀引起的管线材料费直接经济损失就达3亿元,并由于更换管线影响作业和生产,导致简介经济损失达10亿元左右。在军事方面,由于枪炮管膛线磨损和内膛尺寸发生变化的问题,将导致弹丸初速、射击精度下降,战术技术性能降低,枪炮管失效。因此,对管筒件内表面进行的处理以使其具有更高的硬度,更好的抗摩擦磨损性能,耐高温、耐压性能、耐腐蚀性能等,就有非常重要的现实意义。

电镀是最早提出的管筒件内表面处理方法,在我国已有40多年的历史。具体方法是将管筒件内表面完全浸没在电解液中,通过电镀液的自由流动与浸泡,自然将改性介质带到需要处理的部位,然后通过阴阳级反应生成合适的镀层。但电镀涂层在性能上存在着不足,更为重要的是镀液对环境有严重污染,在环保要求日益提高的今天,电镀行业逐渐被替代。

利用激光的高能量密度和高方向性可对管状材料内表面进行处理,使管状工件内表面的性能得到提高,特别是提高内表面硬度、强度、耐磨性、耐蚀性和耐高温性能,从而提高管状材料的使用寿命。

这就提到了替代电镀行业的新工艺:激光熔覆技术。激光熔覆是把所需配置的合金粉末未经激光熔化成熔覆层的主体合金,熔覆层与基体金属有一薄层熔化,构成冶金结合的一种激光表面处理技术。

亚琛联合科技作为Fraunhofer ILT的孵化企业,率先将超高速激光熔覆技术引进中国市场,与Fraunhofer ILT紧密合作对超高速激光熔覆进行技术产业化升级,不断完善工艺水平,提升其核心部件的功能性,如送粉喷嘴的耐用性、送粉精度、高送粉量、粉末利用率等。在Fraunhofer ILT原有高精度同轴送粉喷嘴的基础上进行改型,正式推出高效、高汇聚性送粉喷嘴,送粉效率可达5kg/hr以上,粉末利用率高达95%。而其特殊的模块化设计,大大降低了使用成本,使损耗件的更换变得异常简单,同时保证了工艺的可重复性,喷嘴尺寸也可根据维修位置进行灵活调整。新开发的超高速激光熔覆加工头,通过特殊的光路调节系统设计,实现光-粉在空间的最理想交互,使得粉末熔化更加稳定、能量利用更加高效。

2017年,亚琛联合科技在中国销售第一套EHLA设备,2019年帮助客户建立了第一个EHLA工厂。目前ACunity的设备已经安装应用于粉末冶金、煤矿机械、科研院所等多个行业,并率先在煤机行业中的实现了大批量加工生产。中德科研与工程团队共同为客户提供从材料、工艺、测试、装备、加工到规模化产线生产的全生产链专业服务与坚定支持。

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