Tóm tắt
Bài báo này giới thiệu các nguyên tắc cơ bản, đặc điểm quy trình và các ứng dụng cụ thể của công nghệ phủ laser trong sửa chữa trục khuỷu động cơ diesel. Lấy ví dụ việc sửa chữa sự mài mòn cổ trục bánh răng chủ động trong trục khuỷu động cơ diesel hàng hải G6190ZLLCZZ-3R, toàn bộ quy trình được mô tả chi tiết, bao gồm thu thập dữ liệu, phát hiện khuyết tật, xử lý nhiệt sơ bộ, phủ laser, cách nhiệt và làm nguội, gia công tiếp theo, đánh bóng, làm sạch và kiểm tra chất lượng. Công nghệ phủ laser mang lại những ưu điểm như tỷ lệ pha loãng thấp, độ bền liên kết cao và biến dạng nhiệt tối thiểu, làm cho nó phù hợp để sửa chữa các bộ phận có độ chính xác cao, chịu tải trọng lớn như trục khuỷu, với tiềm năng kinh tế và ứng dụng tuyệt vời.

1. Giới thiệu
Động cơ diesel, với vai trò là các đơn vị năng lượng hiệu quả, được sử dụng rộng rãi trong hệ thống đẩy và phát điện trên tàu thủy. Trục khuỷu là bộ phận cốt lõi của động cơ diesel, chịu trách nhiệm chuyển đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay, truyền mô-men xoắn đến các phụ kiện như bơm nhiên liệu và bơm dầu thông qua bộ truyền động. Trong quá trình hoạt động lâu dài, trục khuỷu dễ bị mài mòn, đặc biệt là ở phần cổ trục truyền động, điều này đòi hỏi độ chính xác sửa chữa cao và chi phí lớn. Phương pháp phủ laser là một phương pháp biến đổi bề mặt sử dụng chùm tia laser để làm tan chảy vật liệu phủ và bề mặt chất nền, sau đó làm đông đặc nhanh để tạo thành liên kết luyện kim. Phương pháp này, với lớp phủ dày đặc, lực liên kết mạnh và khả năng ứng dụng vật liệu rộng rãi, mở ra một hướng đi mới cho việc sửa chữa trục khuỷu.

2. Quy trình và đặc điểm của công nghệ phủ laser
Có hai loại quy trình phủ laser: phương pháp đặt trước và phương pháp đồng bộ. Phương pháp đặt trước đặt vật liệu phủ lên bề mặt chất nền trước khi nung chảy bằng laser, trong khi phương pháp đồng bộ cung cấp vật liệu trong quá trình chiếu xạ laser, thường ở dạng bột hoặc dạng dây. Công nghệ này có các đặc điểm sau:

Tốc độ làm nguội nhanh (lên đến 10⁶ K/s), thúc đẩy sự hình thành cấu trúc tinh thể mịn.

Tỷ lệ pha loãng thấp (<5%) và liên kết luyện kim với chất nền.

Lượng nhiệt đầu vào tối thiểu, giúp kiểm soát được sự biến dạng của phôi.

Cung cấp nhiều lựa chọn vật liệu phủ, cho phép phủ các hợp kim có điểm nóng chảy cao lên các chất nền có điểm nóng chảy thấp.

Có nhiều độ dày tấm ốp khác nhau (0.2-2.0 mm), lý tưởng cho việc sửa chữa cục bộ.

Quy trình này có thể dễ dàng tự động hóa.

3. Thu thập và xử lý sơ bộ dữ liệu gốc trục khuỷu
Trục khuỷu cần sửa chữa được làm bằng vật liệu QT800-2A, có dấu hiệu mài mòn ở phần cổ trục bánh răng chủ động (mặt cắt BC trong Hình 2). Đường kính ngoài của cổ trục được đo và thấy lệch so với kích thước tiêu chuẩn (Ø1100.180.200.180.20 mm), với hiện tượng mài mòn không đều. Kiểm tra bằng chất thẩm thấu màu và siêu âm xác nhận rằng bề mặt không có vết nứt hoặc các khuyết tật khác. Độ cứng ban đầu của cổ trục được đo ở mức HRC43. Sau đó, cổ trục được tiện lại thành Ø109.50 mm để loại bỏ các sai lệch về độ tròn và độ trụ, chuẩn bị cho quá trình phủ lớp.

4. Quy trình phủ laser

Làm nóng trướcTrục khuỷu được đặt trên máy tiện và quay chậm, đồng thời sử dụng lò nung để làm nóng đều khu vực cần sửa chữa đến 250°C.

Sửa chữa tấm ốpMáy in 3D laser bán dẫn được sử dụng cùng với dây hợp kim gốc sắt để thực hiện quá trình phủ lớp đồng bộ. Trong quá trình này, việc kiểm soát chặt chẽ độ dốc nhiệt độ đảm bảo lớp phủ liên kết luyện kim với chất nền mà không bị nứt hoặc rỗ.

Vật liệu cách nhiệtSau khi ốp lát, khu vực sửa chữa được phủ bằng bông cách nhiệt và giữ trong 30 phút trước khi để nguội đến nhiệt độ phòng.

Số đo của tôiKích thước cổ trục sau khi phủ lớp bảo vệ xấp xỉ Ø112.10 mm, với độ dày lớp phủ khoảng 1.3 mm và 0.95 mm vật liệu được dành cho gia công. Độ cứng của vùng sửa chữa được tăng lên HRC47.

5. Gia công sau khi phủ laser

MáyBề mặt lớp phủ được làm nhẵn bằng phương pháp tiện đến đường kính Ø110.50 mm.

nghiềnKích thước cuối cùng được mài đến Ø110.20 mm để đáp ứng yêu cầu lắp ghép chặt với bánh răng.

Điều chỉnh rãnh thenChiều rộng rãnh then được phay từ 22.7 mm đến 24 mm, và chiều sâu được phay từ 4.6 mm đến 5 mm.

Tính toán độ bềnDựa trên công suất định mức 440 kW và tốc độ 1300 vòng/phút của động cơ diesel, ứng suất cắt xoắn tại khu vực sửa chữa được tính toán là 7.39 MPa, thấp hơn ứng suất cho phép của vật liệu là 256 MPa, đáp ứng các yêu cầu vận hành.

Đánh bóng và làm sạchKhu vực cần sửa chữa được đánh bóng bằng kem đánh bóng màu xanh lá cây và làm sạch bằng chất tẩy rửa.

Sự kiểm traKhu vực sửa chữa đã được kiểm tra bằng phương pháp thẩm thấu thuốc nhuộm và siêu âm, xác nhận không có khuyết điểm.

6. Phần kết luận
Công nghệ phủ laser, như một phương pháp sửa chữa bề mặt hiệu quả và đáng tin cậy, thể hiện những ưu điểm đáng kể trong việc sửa chữa các bộ phận quan trọng như trục khuỷu. Bài báo này trình bày một trường hợp sửa chữa cụ thể nhằm xác minh hiệu quả của công nghệ trong việc khôi phục kích thước và nâng cao các đặc tính bề mặt, đồng thời cũng khả thi về mặt kinh tế. Với sự phát triển của công nghệ laser, ứng dụng của nó trong sửa chữa và sản xuất tàu biển dự kiến ​​sẽ mở rộng đáng kể.