Rezumat
Această lucrare prezintă principiile de bază, caracteristicile procesului și aplicațiile specifice ale tehnologiei de placare cu laser în repararea arborelui cotit al motoarelor diesel. Luând ca exemplu repararea uzurii gâtului arborelui angrenajului activ din arborele cotit al motorului diesel marin G6190ZLLCZZ-3R, întregul proces este detaliat, inclusiv colectarea datelor, detectarea defectelor, tratamentul de preîncălzire, placarea cu laser, izolarea termică și răcirea, prelucrarea ulterioară, lustruirea, curățarea și inspecția calității. Tehnologia de placare cu laser oferă avantaje precum o rată de diluție scăzută, o rezistență ridicată la lipire și o deformare termică minimă, ceea ce o face potrivită pentru repararea componentelor de înaltă precizie și sarcină mare, cum ar fi arborele cotit, cu un potențial economic și de promovare excelent.

1. Introducere
Motoarele diesel, ca unități de putere eficiente, sunt utilizate pe scară largă în sistemele de propulsie a navelor și de generare a energiei. Arborele cotit este componenta de bază a unui motor diesel, fiind responsabil pentru transformarea mișcării alternative a pistonului în mișcare de rotație, transmițând cuplul la accesorii precum pompa de combustibil și pompa de ulei prin angrenajul activ. În timpul funcționării prelungite, arborele cotit este predispus la uzură, în special la gâtul arborelui angrenajului activ, ceea ce necesită un nivel ridicat de precizie a reparațiilor și generează costuri ridicate. Placarea cu laser este o metodă de modificare a suprafeței care utilizează o rază laser pentru a topi materialul de placare și suprafața substratului, urmată de solidificarea rapidă pentru a forma o legătură metalurgică. Această metodă, cu acoperirea sa densă, forța de aderență puternică și aplicabilitatea largă a materialelor, oferă o nouă cale pentru repararea arborelui cotit.

2. Procesul și caracteristicile tehnologiei de placare cu laser
Există două tipuri de procese de placare cu laser: predepozitare și sincronă. Metoda de pre-depunere plasează materialul de placare pe suprafața substratului înainte de topirea cu laserul, în timp ce metoda sincronă introduce materialul în timpul iradierii cu laser, de obicei sub formă de pulbere sau sârmă. Tehnologia are următoarele caracteristici:

Viteză de răcire rapidă (până la 10⁶ K/s), care favorizează formarea unei structuri cristaline fine.

Rată de diluție scăzută (<5%) și aderență metalurgică cu substratul.

Aport minim de căldură, ceea ce face posibilă controlarea deformării piesei de prelucrat.

O selecție largă de materiale de placare, care permite placarea aliajelor cu punct de topire ridicat pe substraturi cu punct de topire scăzut.

O gamă largă de grosimi ale placării (0,2-2,0 mm), ideală pentru reparații localizate.

Procesul este ușor de automatizat.

3. Colectarea și preprocesarea datelor originale ale arborelui cotit
Arborele cotit care urmează să fie reparat este fabricat din material QT800-2A, cu uzură observată pe gâtul arborelui angrenajului activ (secțiunea BC din figura 2). Diametrul exterior al gâtului arborelui a fost măsurat și s-a constatat că deviază de la dimensiunea standard (Ø1100.180.200.180.20 mm), cu uzură neuniformă. Inspecțiile cu vopsea penetrantă și cu ultrasunete au confirmat că suprafața nu prezenta fisuri sau alte defecte. Duritatea inițială a gâtului arborelui a fost măsurată la HRC43. Gâtul arborelui a fost apoi strunjit la Ø109,50 mm pentru a elimina abaterile de rotunjime și cilindricitate, pregătindu-l pentru placare.

4. Procesul de placare cu laser

Preîncălzire: Arborele cotit este așezat pe un strung și rotit încet, cu un cuptor folosit pentru a încălzi uniform zona de reparație la 250°C.

Repararea placării: Un laser cu semiconductor este utilizat cu sârmă din aliaj pe bază de fier pentru a realiza placarea cu alimentare sincronă. În timpul procesului, controlul strict al gradientului de temperatură asigură că stratul de placare se leagă metalurgic de substrat, fără fisuri sau porozități.

Izolație termică: După placare, zona de reparație este acoperită cu vată termoizolantă și menținută timp de 30 de minute înainte de răcire la temperatura camerei.

Măsurarea: Dimensiunea gâtului arborelui după placare este de aproximativ Ø112,10 mm, cu o grosime a stratului de placare de aproximativ 1,3 mm și 0,95 mm de material rezervat pentru prelucrare. Duritatea zonei de reparație a fost mărită la HRC47.

5. Prelucrarea placării după laser

Prelucrare: Suprafața placării este netezită prin strunjire la Ø110,50 mm.

Măcinare: Dimensiunea finală este rectificată la Ø110,20 mm pentru a îndeplini cerințele de potrivire prin interferență cu angrenajul.

Reglarea cheii: Lățimea cheii este frezată de la 22,7 mm la 24 mm, iar adâncimea este frezată de la 4,6 mm la 5 mm.

Calcularea rezistenței: Pe baza puterii nominale a motorului diesel de 440 kW și a unei viteze de 1300 rpm, tensiunea de forfecare torsională în zona de reparație a fost calculată la 7,39 MPa, care este mai mică decât tensiunea admisibilă a materialului de 256 MPa, îndeplinind cerințele de serviciu.

Lustruire și curățare: Zona de reparație este lustruită cu pastă de lustruit verde și curățată cu un detergent.

Inspecție: Zona de reparație a fost verificată cu ajutorul testului de penetrare cu vopsea și cu ultrasunete, confirmând că nu există defecte.

6. Concluzii
Tehnologia de placare cu laser, ca metodă eficientă și fiabilă de reparare a suprafețelor, prezintă avantaje semnificative în repararea componentelor cheie, cum ar fi arborele cotit. Această lucrare prezintă un caz specific de reparație care verifică eficiența tehnologiei în ceea ce privește refacerea dimensiunilor și îmbunătățirea proprietăților suprafeței, fiind în același timp viabilă din punct de vedere economic. Odată cu dezvoltarea tehnologiei laser, este de așteptat ca aplicarea acesteia în repararea și fabricarea navelor să se extindă semnificativ.