Абстрактный
В данной статье представлены основные принципы, характеристики процесса и конкретные области применения технологии лазерной наплавки при ремонте коленчатых валов дизельных двигателей. На примере ремонта активного износа шейки вала шестерни коленчатого вала судового дизельного двигателя G6190ZLLCZZ-3R подробно описывается весь процесс, включая сбор данных, дефектоскопию, предварительную термическую обработку, лазерную наплавку, теплоизоляцию и охлаждение, последующую обработку, полировку, очистку и контроль качества. Технология лазерной наплавки обладает такими преимуществами, как низкий уровень разбавления, высокая прочность соединения и минимальная тепловая деформация, что делает ее пригодной для ремонта высокоточных и высоконагруженных компонентов, таких как коленчатые валы, и имеет отличный экономический и рекламный потенциал.

1. Введение
Дизельные двигатели, как эффективные силовые агрегаты, широко используются в судовых силовых установках и системах выработки электроэнергии. Коленчатый вал является основным компонентом дизельного двигателя, отвечающим за преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение, передающее крутящий момент на такие вспомогательные устройства, как топливный и масляный насосы, через активную передачу. При длительной эксплуатации коленчатые валы подвержены износу, особенно шейки вала активной передачи, что требует высокой точности ремонта и влечет за собой большие затраты. Лазерная наплавка - это метод модификации поверхности, при котором лазерный луч расплавляет материал наплавки и поверхность подложки, после чего происходит быстрое затвердевание для образования металлургической связи. Этот метод с его плотным покрытием, сильной силой сцепления и широкой применимостью материалов открывает новые возможности для ремонта коленчатых валов.

2. Процесс и особенности технологии лазерной наплавки
Существует два типа процессов лазерной наплавки: с предварительным осаждением и синхронный. При методе предварительного осаждения материал наплавки помещается на поверхность подложки перед расплавлением лазером, а при синхронном методе материал подается во время лазерного облучения, обычно в виде порошка или проволоки. Технология обладает следующими характеристиками:

Быстрая скорость охлаждения (до 10⁶ К/с), способствующая формированию мелкокристаллической структуры.

Низкая степень разбавления (<5%) и металлургическое сцепление с основанием.

Минимальное тепловыделение, что позволяет контролировать деформацию заготовки.

Широкий выбор плакирующих материалов, позволяющих наплавлять сплавы с высокой температурой плавления на подложки с низкой температурой плавления.

Широкий диапазон толщины облицовки (0,2-2,0 мм), идеально подходящий для локального ремонта.

Этот процесс легко автоматизировать.

3. Сбор и предварительная обработка исходных данных коленчатого вала
Коленчатый вал, подлежащий ремонту, изготовлен из материала QT800-2A, износ наблюдается на шейке вала активной шестерни (участок BC на рис. 2). Наружный диаметр шейки вала был измерен и обнаружено отклонение от стандартного размера (Ø1100.180.200.180.20 мм) с неравномерным износом. Контроль с помощью красящего вещества и ультразвуковой контроль подтвердили, что поверхность не имеет трещин и других дефектов. Первоначальная твердость шейки вала была измерена на уровне HRC43. Затем шейка вала была обточена до Ø109,50 мм для устранения отклонений от круглости и цилиндричности, чтобы подготовить ее к наплавке.

4. Процесс лазерной наплавки

Предварительный нагрев: Коленчатый вал помещается на токарный станок и медленно вращается, а печь используется для равномерного нагрева зоны ремонта до 250°C.

Ремонт облицовки: Полупроводниковый лазер используется с проволокой из сплава на основе железа для выполнения синхронной наплавки с подачей. В ходе процесса строгий контроль температурного градиента обеспечивает металлургическое сцепление плакирующего слоя с подложкой без трещин и пористости.

Теплоизоляция: После облицовки место ремонта покрывается теплоизоляционной ватой и выдерживается в течение 30 минут до остывания до комнатной температуры.

Измерение: Размер шейки вала после наплавки составляет приблизительно Ø112,10 мм, толщина слоя наплавки составляет около 1,3 мм, а 0,95 мм материала оставлено для механической обработки. Твердость ремонтной зоны была увеличена до HRC47.

5. Обработка после лазерной наплавки

Обработка: Поверхность облицовки выравнивается путем обточки до Ø110,50 мм.

Шлифование: Окончательный размер шлифуется до Ø110.20 мм, чтобы соответствовать требованиям интерференционной посадки с шестерней.

Регулировка шпоночного паза: Ширина шпоночного паза фрезеруется от 22,7 мм до 24 мм, а глубина - от 4,6 мм до 5 мм.

Расчет прочности: Исходя из номинальной мощности дизельного двигателя 440 кВт и частоты вращения 1300 об/мин, напряжение сдвига при кручении в зоне ремонта составило 7,39 МПа, что ниже допустимого напряжения материала 256 МПа, что удовлетворяет требованиям эксплуатации.

Полировка и чистка: Место ремонта полируется с помощью зеленой полировочной пасты и очищается моющим средством.

Инспекция: Зона ремонта была проверена с помощью красящего вещества и ультразвукового контроля, что подтвердило отсутствие дефектов.

6. Заключение
Технология лазерной наплавки, как эффективный и надежный метод восстановления поверхности, демонстрирует значительные преимущества при ремонте таких ключевых компонентов, как коленчатые валы. В данной статье представлен конкретный случай ремонта, который подтверждает эффективность технологии в восстановлении размеров и улучшении свойств поверхности, а также ее экономическую целесообразность. Ожидается, что с развитием лазерных технологий их применение в судоремонте и производстве значительно расширится.