Abstraktní
Tento článek představuje základní principy, charakteristiky procesu a konkrétní aplikace technologie laserového plátování při opravách klikového hřídele vznětových motorů. Na příkladu opravy opotřebení aktivního krčku hřídele převodovky u klikového hřídele lodního vznětového motoru G6190ZLLCZZ-3R je podrobně popsán celý proces, včetně sběru dat, detekce vad, předehřevu, laserového plátování, tepelné izolace a chlazení, následného obrábění, leštění, čištění a kontroly kvality. Technologie laserového plátování nabízí výhody, jako je nízká míra zředění, vysoká pevnost spoje a minimální tepelná deformace, díky čemuž je vhodná pro opravy vysoce přesných a vysoce zatížených součástí, jako jsou klikové hřídele, s vynikajícím ekonomickým a propagačním potenciálem.

1. Úvod
Dieselové motory se jako účinné pohonné jednotky široce používají v lodních pohonných systémech a systémech výroby energie. Klikový hřídel je základní součástí vznětového motoru, která je odpovědná za přeměnu vratného pohybu pístu na otáčivý pohyb a prostřednictvím aktivního převodu přenáší točivý moment na příslušenství, jako je palivové a olejové čerpadlo. Během dlouhodobého provozu jsou klikové hřídele náchylné k opotřebení, zejména v oblasti krku hřídele aktivního převodu, což vyžaduje vysokou přesnost oprav a přináší vysoké náklady. Laserové plátování je metoda úpravy povrchu, která využívá laserový paprsek k roztavení plátovacího materiálu a povrchu substrátu, po němž následuje rychlé tuhnutí za vzniku metalurgického spoje. Tato metoda s hustým povlakem, silnou vazebnou silou a širokou použitelností materiálu představuje novou cestu pro opravy klikových hřídelí.

2. Proces a vlastnosti technologie laserového plátování
Existují dva typy laserového plátování: předdeponované a synchronní. Při předdepozitní metodě se plátovací materiál umístí na povrch substrátu před tavením laserem, zatímco při synchronní metodě se materiál dodává během laserového ozařování, obvykle ve formě prášku nebo drátu. Tato technologie má následující vlastnosti:

Vysoká rychlost chlazení (až 10⁶ K/s), která podporuje tvorbu jemné krystalové struktury.

Nízká míra ředění (<5%) a metalurgické spojení s podkladem.

Minimální příkon tepla, což umožňuje kontrolovat deformaci obrobku.

Široký výběr plátovacích materiálů, který umožňuje plátování slitin s vysokým bodem tání na substrátech s nízkým bodem tání.

Široký rozsah tloušťky obkladu (0,2-2,0 mm), ideální pro lokální opravy.

Tento proces lze snadno automatizovat.

3. Sběr a předběžné zpracování původních dat klikového hřídele
Opravovaný klikový hřídel je vyroben z materiálu QT800-2A, přičemž opotřebení bylo zjištěno na aktivním krčku hřídele převodovky (část BC na obrázku 2). Byl změřen vnější průměr hrdla hřídele a bylo zjištěno, že se odchyluje od standardního rozměru (Ø1100.180.200.180.20 mm), s nerovnoměrným opotřebením. Dye penetrant a ultrazvuková kontrola potvrdily, že povrch nemá žádné trhliny ani jiné vady. Původní tvrdost krčku hřídele byla naměřena HRC43. Hrdlo hřídele bylo poté soustruženo na Ø109,50 mm, aby se odstranily odchylky kulatosti a válcovitosti, a připravilo se tak na plátování.

4. Proces laserového plátování

Předehřev: Kliková hřídel se umístí na soustruh a pomalu se otáčí, přičemž se opravovaná oblast rovnoměrně zahřeje na 250 °C.

Oprava obkladů: Polovodičový laser se používá s drátem ze slitiny na bázi železa k synchronnímu napájení plátování. Během procesu je přísnou kontrolou teplotního gradientu zajištěno, že se plátovací vrstva metalurgicky spojí se substrátem bez trhlin a pórů.

Tepelná izolace: Po obložení se opravované místo zakryje tepelně izolační vatou a ponechá se 30 minut před ochlazením na pokojovou teplotu.

Měření: Velikost hrdla hřídele po opláštění je přibližně Ø112,10 mm, přičemž tloušťka vrstvy opláštění je přibližně 1,3 mm a 0,95 mm materiálu je vyhrazeno pro obrábění. Tvrdost opravované oblasti byla zvýšena na HRC47.

5. Obrábění po laserovém plátování

Obrábění: Povrch pláště se vyhladí soustružením na Ø110,50 mm.

Broušení: Konečný rozměr je vybroušen na Ø110,20 mm, aby splňoval požadavky na interferenční uložení s převodovkou.

Nastavení klíčové dráhy: Šířka drážky je frézována v rozmezí 22,7 mm až 24 mm a hloubka je frézována v rozmezí 4,6 mm až 5 mm.

Výpočet pevnosti: Na základě jmenovitého výkonu vznětového motoru 440 kW a otáček 1300 min-1 bylo vypočteno smykové napětí v místě opravy 7,39 MPa, což je méně než přípustné napětí v materiálu 256 MPa, které splňuje provozní požadavky.

Leštění a čištění: Oprava se vyleští zelenou lešticí pastou a vyčistí čisticím prostředkem.

Inspekce: Oblast opravy byla zkontrolována pomocí penetrační zkoušky barvivem a ultrazvukové zkoušky, která nepotvrdila žádné závady.

6. Závěr
Technologie laserového plátování jako účinná a spolehlivá metoda opravy povrchu vykazuje významné výhody při opravách klíčových součástí, jako jsou například klikové hřídele. Tento článek představuje konkrétní případ opravy, který ověřuje účinnost této technologie při obnově rozměrů a zlepšování vlastností povrchu a zároveň její ekonomickou životaschopnost. S rozvojem laserové technologie se očekává, že se její použití při opravách a výrobě lodí výrazně rozšíří.