นามธรรม
บทความนี้แนะนำหลักการพื้นฐาน ลักษณะกระบวนการ และการประยุกต์ใช้งานเฉพาะของเทคโนโลยีการเคลือบด้วยเลเซอร์ในการซ่อมแซมเพลาข้อเหวี่ยงเครื่องยนต์ดีเซล โดยยกตัวอย่างการซ่อมแซมการสึกหรอของคอเพลาเกียร์ในเพลาข้อเหวี่ยงเครื่องยนต์ดีเซลสำหรับเรือเดินทะเล G6190ZLLCZZ-3R และอธิบายกระบวนการทั้งหมดอย่างละเอียด รวมถึงการเก็บข้อมูล การตรวจจับข้อบกพร่อง การอุ่นก่อน การเคลือบด้วยเลเซอร์ ฉนวนกันความร้อนและการระบายความร้อน การกลึง การขัดเงา การทำความสะอาด และการตรวจสอบคุณภาพ เทคโนโลยีการเคลือบด้วยเลเซอร์มีข้อดีหลายประการ เช่น อัตราการเจือจางต่ำ ความแข็งแรงในการยึดเกาะสูง และการเสียรูปจากความร้อนน้อยที่สุด ทำให้เหมาะสำหรับการซ่อมแซมชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำสูงและรับน้ำหนักมาก เช่น เพลาข้อเหวี่ยง ซึ่งมีศักยภาพทางเศรษฐกิจและการส่งเสริมที่ดีเยี่ยม

1. บทนำ
เครื่องยนต์ดีเซลเป็นหน่วยกำลังที่มีประสิทธิภาพสูง จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบขับเคลื่อนเรือและระบบผลิตไฟฟ้า เพลาข้อเหวี่ยงเป็นส่วนประกอบหลักของเครื่องยนต์ดีเซล ทำหน้าที่แปลงการเคลื่อนที่แบบลูกสูบเป็นการเคลื่อนที่แบบหมุน และส่งแรงบิดไปยังอุปกรณ์เสริมต่างๆ เช่น ปั๊มเชื้อเพลิงและปั๊มน้ำมันผ่านเฟืองขับ ในระหว่างการใช้งานเป็นเวลานาน เพลาข้อเหวี่ยงมีแนวโน้มที่จะสึกหรอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่บริเวณคอเพลาเฟืองขับ ซึ่งต้องใช้ความแม่นยำสูงในการซ่อมแซมและมีค่าใช้จ่ายสูง การเคลือบด้วยเลเซอร์เป็นวิธีการปรับปรุงพื้นผิวโดยใช้ลำแสงเลเซอร์หลอมวัสดุเคลือบและพื้นผิวของวัสดุรองรับ จากนั้นจึงทำให้แข็งตัวอย่างรวดเร็วเพื่อสร้างพันธะทางโลหะวิทยา วิธีนี้ให้การเคลือบที่หนาแน่น แรงยึดเกาะที่แข็งแรง และความสามารถในการใช้งานกับวัสดุหลากหลายชนิด จึงเป็นแนวทางใหม่สำหรับการซ่อมแซมเพลาข้อเหวี่ยง

2. กระบวนการและคุณสมบัติของเทคโนโลยีการเคลือบด้วยเลเซอร์
กระบวนการเคลือบผิวด้วยเลเซอร์มีสองประเภท ได้แก่ แบบวางวัสดุก่อน และแบบซิงโครนัส แบบวางวัสดุก่อนจะวางวัสดุเคลือบผิวลงบนพื้นผิวของวัสดุรองรับก่อนที่จะหลอมด้วยเลเซอร์ ในขณะที่แบบซิงโครนัสจะป้อนวัสดุเข้าไปในระหว่างการฉายแสงเลเซอร์ โดยทั่วไปจะอยู่ในรูปผงหรือเส้นลวด เทคโนโลยีนี้มีลักษณะดังต่อไปนี้:

อัตราการทำความเย็นที่รวดเร็ว (สูงถึง 10⁶ K/s) ซึ่งส่งเสริมการก่อตัวของโครงสร้างผลึกที่ดี

อัตราการเจือจางต่ำ (<5%) และการยึดติดทางโลหะวิทยาเข้ากับพื้นผิว

ใช้ความร้อนน้อยที่สุด ทำให้สามารถควบคุมการเสียรูปของชิ้นงานได้

มีวัสดุเคลือบผิวให้เลือกมากมาย ทำให้สามารถเคลือบผิวโลหะผสมที่มีจุดหลอมเหลวสูงบนพื้นผิวที่มีจุดหลอมเหลวต่ำได้

มีแผ่นปิดผิวที่มีความหนาให้เลือกหลากหลาย (0.2-2.0 มม.) เหมาะสำหรับการซ่อมแซมเฉพาะจุด

กระบวนการนี้สามารถทำให้เป็นระบบอัตโนมัติได้อย่างง่ายดาย

3. การเก็บรวบรวมและประมวลผลข้อมูลเบื้องต้นของเพลาข้อเหวี่ยง
เพลาข้อเหวี่ยงที่จะซ่อมแซมทำจากวัสดุ QT800-2A โดยพบร่องรอยการสึกหรอที่คอเพลาเฟืองขับ (ส่วน BC ในรูปที่ 2) ได้ทำการวัดเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของคอเพลาและพบว่ามีขนาดเบี่ยงเบนจากขนาดมาตรฐาน (Ø1100.180.200.180.20 มม.) และมีการสึกหรอไม่สม่ำเสมอ การตรวจสอบด้วยสารแทรกซึมสีและการตรวจสอบด้วยคลื่นอัลตราโซนิคยืนยันว่าพื้นผิวไม่มีรอยแตกหรือข้อบกพร่องอื่น ๆ ความแข็งเดิมของคอเพลาวัดได้ HRC43 จากนั้นจึงทำการกลึงคอเพลาให้มีเส้นผ่านศูนย์กลาง Ø109.50 มม. เพื่อขจัดความเบี่ยงเบนของความกลมและความเป็นทรงกระบอก และเตรียมพร้อมสำหรับการเคลือบผิว

4. กระบวนการเคลือบด้วยเลเซอร์

อุ่น: นำเพลาข้อเหวี่ยงไปวางบนเครื่องกลึงและหมุนอย่างช้าๆ โดยใช้เตาอบเพื่อให้ความร้อนแก่บริเวณที่ซ่อมแซมอย่างสม่ำเสมอจนถึง 250°C

การซ่อมแซมวัสดุหุ้มผนัง: เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ถูกนำมาใช้ร่วมกับลวดโลหะผสมเหล็กเพื่อทำการเคลือบผิวแบบป้อนพร้อมกัน ในระหว่างกระบวนการนี้ การควบคุมการไล่ระดับอุณหภูมิอย่างเข้มงวดจะช่วยให้ชั้นเคลือบผิวเชื่อมติดกับพื้นผิวได้อย่างแน่นหนาโดยปราศจากรอยแตกหรือรูพรุน

ฉนวนกันความร้อนหลังจากปิดผิวแล้ว บริเวณที่ซ่อมแซมจะถูกคลุมด้วยใยฉนวนกันความร้อนและทิ้งไว้ 30 นาที ก่อนที่จะปล่อยให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง

การวัดขนาดคอเพลาหลังการเคลือบผิวอยู่ที่ประมาณ Ø112.10 มม. โดยมีความหนาของชั้นเคลือบผิวประมาณ 1.3 มม. และเหลือวัสดุไว้สำหรับการกลึงประมาณ 0.95 มม. ความแข็งของบริเวณที่ซ่อมแซมเพิ่มขึ้นเป็น HRC47

5. การกลึงขึ้นรูปหลังการเคลือบด้วยเลเซอร์

เครื่องจักรกลพื้นผิวของวัสดุหุ้มถูกทำให้เรียบโดยการกลึงให้ได้ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง Ø110.50 มม.

ที่บดขนาดสุดท้ายถูกเจียรให้ได้เส้นผ่านศูนย์กลาง Ø110.20 มม. เพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดการประกอบแบบแน่นพอดีกับเฟือง

การปรับร่องลิ่ม: ความกว้างของร่องลิ่มถูกกัดขึ้นรูปจาก 22.7 มม. เป็น 24 มม. และความลึกถูกกัดขึ้นรูปจาก 4.6 มม. เป็น 5 มม.

การคำนวณความแข็งแรงจากการคำนวณโดยใช้กำลังเครื่องยนต์ดีเซลที่ 440 กิโลวัตต์ และความเร็วรอบ 1300 รอบต่อนาที พบว่าความเค้นเฉือนบิดที่บริเวณซ่อมแซมมีค่า 7.39 เมกะปาสคาล ซึ่งต่ำกว่าความเค้นที่ยอมรับได้ของวัสดุที่ 256 เมกะปาสคาล จึงเป็นไปตามข้อกำหนดการใช้งาน

การขัดเงาและการทำความสะอาดบริเวณที่ซ่อมแซมจะถูกขัดเงาด้วยครีมขัดเงาสีเขียวและทำความสะอาดด้วยน้ำยาทำความสะอาด

การตรวจสอบ: ตรวจสอบบริเวณที่ซ่อมแซมโดยใช้สารแทรกซึมสีและการทดสอบด้วยคลื่นเสียงอัลตราโซนิกแล้ว ยืนยันว่าไม่มีข้อบกพร่อง

6 ข้อสรุป
เทคโนโลยีการเคลือบด้วยเลเซอร์ เป็นวิธีการซ่อมแซมพื้นผิวที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ แสดงให้เห็นถึงข้อดีอย่างมากในการซ่อมแซมชิ้นส่วนสำคัญ เช่น เพลาข้อเหวี่ยง บทความนี้นำเสนอตัวอย่างการซ่อมแซมเฉพาะที่ยืนยันถึงประสิทธิภาพของเทคโนโลยีในการฟื้นฟูขนาดและปรับปรุงคุณสมบัติของพื้นผิว ในขณะเดียวกันก็มีความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยีเลเซอร์ คาดว่าการประยุกต์ใช้ในงานซ่อมและผลิตเรือจะขยายตัวอย่างมาก