تكنولوجيا إصلاح السطح للجلبة المصبوبة بواسطة الكسوة بالليزر عالي السرعة

في عملية صب ودرفلة صفائح الألمنيوم، فإن غلاف لفة الصب هو جزء العمل الرئيسي. أثناء الخدمة، يتعرض سطح غلاف اللفة لتفاعل درجة الحرارة العالية والحمل، مما يؤثر غالبًا على عمر الخدمة وجودة لوحة الألومنيوم بسبب الظهور المبكر لحفر التآكل والشقوق والتآكل. يمكن أن يصل سعر الأكمام الدوارة إلى مئات الآلاف من اليوانات لكل مجموعة. إذا فشلت في وقت مبكر جدًا، فمن المؤكد أنها ستزيد من تكاليف الإنتاج ولن تؤدي إلى تحسين الفوائد الاقتصادية لمؤسسات الإنتاج. اللحام السطحي هو طريقة الإصلاح التقليدية للأغلفة الملفوفة، لكن نقل الحرارة الكبير يؤدي إلى تشوه المصفوفة ويؤثر على تأثير الإصلاح. ومن أجل حل هذه المشكلة طرح العديد من الخبراء والعلماء طريقة الكسوة بالليزر لإصلاح غلاف الأسطوانة. باعتبارها تقنية تعديل سطح عالية التقنية، تتميز الكسوة بالليزر بخصائص دقة المعالجة العالية، ودرجة التشوه الحراري الصغيرة، وكمية معالجة أقل للمتابعة. تُستخدم السبائك القائمة على الكوبالت على نطاق واسع لتقوية أسطح الكسوة بالليزر للمواد الفولاذية نظرًا لقوتها العالية في درجات الحرارة وصلابتها ومقاومتها للتعب الحراري.

تتميز تقنية الكسوة بالليزر عالية السرعة بخصائص كفاءة الكسوة العالية ومعدل استخدام المسحوق العالي ومعدل التخفيف المنخفض للغاية، ويمكنها تحضير طبقات السبائك بالليزر بسرعة على سطح قطع العمل الدوارة الكبيرة في مرحلة متساوية من أكمام لفات الصب. خشونة السطح لطبقة الكسوة منخفضة، مما يساعد على المعالجة اللاحقة، وتوفير مواد الكسوة، والتغلب على مشاكل الكفاءة المنخفضة والتكلفة العالية للكسوة بالليزر التقليدية. معلمات العملية لها تأثير كبير على أداء طبقة الكسوة. إنها الفرضية والمفتاح لتحسين أداء أسطوانة الصب لتحضير طبقة الكسوة بالليزر عالية السرعة بجودة ممتازة من خلال تحسين معلمات العملية.

بعد الانتهاء من إصلاح تكسية السطح، فإن خشونة السطح لجلبة الصب المصبوبة لا تلبي في كثير من الأحيان متطلبات ظروف العمل الفعلية، وتحتاج إلى إعادة معالجتها بواسطة آلة الطحن والعمليات الأخرى. ولذلك فإن سمك طبقة الكسوة وخشونتها السطحية تصبح المؤشرات الرئيسية لتقييم جودتها. في هذه الورقة، تم استخدام الفولاذ ذو الأكمام المدرفلة المصبوبة 32Cr3Mo1V كمصفوفة. أولاً، تمت مناقشة تأثير معلمات العملية المختلفة على سمك وخشونة سطح الطلاء المعتمد على الكوبالت بواسطة الكسوة الليزرية فائقة السرعة. بعد تحديد النطاق الأمثل، تم تحسين معلمات العملية المثلى عن طريق اختبار التصميم المتعامد. تم تحليل البنية المجهرية والصلابة الدقيقة للكسوة التي تم إعدادها باستخدام المعلمات المثالية، من أجل توفير بعض الأساس التجريبي والنظري لاستكشاف تقنية جديدة وأكثر كفاءة لإصلاح السطح وتقوية جلبة الصب المصبوبة.

كانت المادة الأساسية للاختبار عبارة عن غلاف أسطوانة صب الألومنيوم 32Cr3Mo1V ومطحنة الدرفلة، وكانت مادة الكسوة عبارة عن مسحوق سبائك Co-06 بحجم جسيم يبلغ 15-53 ميكرومتر. يظهر شكل SEM للمسحوق في الشكل 1، ويظهر التركيب في الجدول 1. قبل الطلاء، تم تجفيف المسحوق في فرن تجفيف عند درجة حرارة 120 درجة لمدة 120 دقيقة. تمت إزالة خطوط الدوران وطبقات الأكسيد الموجودة على سطح العينة عن طريق الطحن الميكانيكي، وتم تنظيف الزيت بالكحول.

                                                                                                        الشكل 1SEMimageofCo-06مسحوق

عندما تكون طاقة الليزر 2500 واط ومعدل الكسوة 15 م/دقيقة، فإن سمك طبقة الكسوة بالليزر فائقة السرعة يزداد مع زيادة معدل تغذية المسحوق ضمن نطاق معلمات معين. نظرًا لأن معدل استخدام المسحوق يمكن أن يتجاوز 90% في عملية الكسوة بالليزر فائقة السرعة، فإن معظم مسحوق الكسوة يمكن صهره بالكامل فوق قطعة العمل وحقنه في المجمع المنصهر في الحالة السائلة. مع زيادة معدل تغذية المسحوق، يتم حقن المزيد من مسحوق الكسوة في حوض الصهر في وقت الوحدة، ويزيد سمك طبقة الكسوة. لكن الاختبار وجد أيضًا أنه عندما يتم زيادة معدل تغذية المسحوق إلى طاقة الليزر وعدم تطابق المعلمات الأخرى، فإنه لا يكفي لجعل معظم مسحوق الكسوة يمكن صهره بالكامل في الجزء العلوي من قطعة الشغل، والمسحوق غير الذائب أو سوف يؤثر مسحوق الكسوة شبه المنصهرة بشكل خطير على جودة تشكيل طبقة الكسوة.

عندما تكون قوة الليزر 2800 واط ومعدل تغذية المسحوق 30 جم/دقيقة، فإن سمك طبقة الكسوة يتناقص مع زيادة معدل الكسوة ضمن نطاق معلمات معين. والسبب هو أن طلاء الكسوة بالليزر فائق السرعة يتكون من طبقات رقيقة متعددة مكدسة في اتجاه السُمك. عندما يكون معدل التداخل ثابتًا، فإن سمك الطبقة الرقيقة يحدد بشكل مباشر سمك طبقة الكسوة. عندما يزيد معدل الكسوة، فإن الكمية المحقونة في المجمع المنصهر على شكل قطرات لكل وحدة زمنية ستنخفض، وبالتالي تقليل سمك الطبقة الرقيقة المفردة، وفي النهاية سمك طبقة الكسوة.

عندما يكون معدل تغذية المسحوق 15 جم/دقيقة ومعدل الكسوة 15 م/دقيقة، لا يوجد ارتباط واضح بين سمك طبقة الكسوة وقوة الليزر ضمن نطاق معلمات معين. نظرًا لأن الكسوة بالليزر فائقة السرعة تنتج فقط تجمعًا منصهرًا رفيعًا للغاية وأقل حدًا على سطح الركيزة، فإن معدل التخفيف منخفض للغاية، ومعدل طاقة الليزر له تأثير ضئيل على الركيزة، ومعدل استخدام السرعة العالية جدًا مسحوق الكسوة بالليزر مرتفع جدًا، وكمية المسحوق التي يمكن صهرها عن طريق زيادة قوة الليزر محدودة، وبالتالي فإن قوة الليزر ليس لها تأثير كبير على سمك طبقة الكسوة بالليزر فائقة السرعة.

من خلال مراقبة التضاريس السطحية العيانية لطبقة الكسوة، وجد أنه ضمن نطاق المعلمات أعلاه، تتغير التضاريس السطحية لطبقة الكسوة بشكل ملحوظ فقط عندما يتغير معدل الكسوة. وقد وجد أنه عندما تصل نسبة الكسوة إلى 75 م/دقيقة يكون الشكل السطحي لطبقة الكسوة رديئاً وتكون الخشونة عالية، بينما عندما تكون نسبة الكسوة 15 م/دقيقة أو 25 م/دقيقة فإن الشكل السطحي لطبقة الكسوة طبقة الكسوة أفضل، والخشونة منخفضة في نفس الوقت.

1. في نطاق معين من المعلمات، يزداد سمك طبقة الكسوة مع زيادة معدل تغذية المسحوق، ويتناقص مع زيادة معدل الكسوة، وليس لسمك طبقة الكسوة علاقة واضحة بقوة الليزر .

2. معلمات العملية المحسنة هي طاقة الليزر 2500 W، معدل المسح 15 م/دقيقة ومعدل تغذية المسحوق 30 جم/دقيقة. في ظل معلمات العملية هذه، يمكن لطبقة الكسوة الحصول على سمك وصلابة أعلى.

3. البنية المجهرية لطبقة الكسوة بالليزر فائقة السرعة موحدة ودقيقة، وهناك ظاهرة واضحة لتصفيح القوس. المناطق السفلية والمتوسطة من طبقة الكسوة هي في الغالب بلورات عمودية تنمو بشكل عمودي على خط الدمج لطبقة الكسوة/واجهة المصفوفة أو خط الدمج اللفة، ويكون اتجاه النمو ثابتًا للغاية. هناك خشونة طفيفة في الحبوب في منطقة خط الدمج. اتجاه نمو التشعبات في المنطقة العليا من طبقة الكسوة مضطرب نسبيًا.

4. الصلابة الدقيقة لطبقة الكسوة الليزرية ذات السرعة العالية أعلى بكثير من تلك الموجودة في الركيزة، مما يفضي إلى تحسين مقاومة التآكل لغطاء لفة الزهر.