创业路上不改军人本色——记河北瑞兆激光再制造技术股份有限公司党委书记、董事长韩宏升

他是一名企业经营者,却听不得别人叫他“老板”,不戴名表、不坐豪车,总是穿着一套军绿色工装,胸前佩戴两枚红色徽章:一枚是“共产党员”,一枚是“为人民服务”。他说,咱是退伍军人,永远是一名“老兵”。创业17年来,他不仅将军队的独特气质移植在企业的外在形象上,也将忠诚奉献、吃苦耐劳的军人品质镌刻在企业发展的基因里。

基于状态空间模型的激光再制造熔池温度控制系统

激光再制造是用于再制造的一项重要技术,在航空航天、冶金、能源等领域应用广泛。然而,形状控制问题一直是制约其规模化和工业化应用的瓶颈。在激光再制造过程中,熔池温度是决定再制造件形状和性能稳定性的关键。基于此,本文提出了一种基于状态空间模型的激光再制造熔池温度实时在线控制方法,解决了控制机理模型难以建立和多变量约束的问题。

可移动激光再制造修复平台设计与实验

目的与其他修复技术相比,激光修复技术具有较明显的技术优势,现有成套激光修复设备成本较高,多为固定式,难以面向现场修复。为此,面向现场待修复零件构建可移动激光再制造修复平台,以实现典型零件的三维有效修复。方法设计龙门式主体结构的分体式修复工作台,由单模组铝型材结构和滚珠丝杆型直线模组构成运动框架,采取双z固定x轴形式和机械连接式可移动底座。设计三轴并联步进电机驱动及限位控制电路,实现各轴同步控制及运动。建立基于Atmega2560主控板和Ramps1.4扩展板的控制系统,通过Marlin固件配置行程、限位和精度等主要参数,编译对应控制程序。结合正逆向技术和路径规划,实施典型曲面结构涡轮零件和预置坡口缺陷零件的激光修复实验。结果设计的分体式平台工作尺寸为750 mm×1000 mm×550 mm,结构运行平稳,重复定位精度为±0.03 mm。修复的零件表面质量高,组织致密,无内部缺陷。结论所设计的可移动激光再制造修复平台可对曲面薄壁件和较大缺口件等实施有效的现场修复,具备可操作性和实用性。

基于双目视觉技术的激光再制造机器人跟踪系统

为提高激光再制造机器人跟踪性能,研究了一种基于双目视觉技术的激光再制造机器人跟踪系统。首先分析环境信息,再利用激光器采集机器人环境信息,设计机器人跟踪控制单元,然后对机器人的运动进行控制,最后设计机器人跟踪程序。至此,完成机器人跟踪系统的设计。实验结果表明,本系统不仅缩小了激光再制造机器人跟踪误差,左右偏差均为0.12 cm,还具有更好的激光再制造机器人避障精度,最高可达到97%,具有更高的实际应用价值。

钛合金部件激光再制造材料与工艺研究进展

为了深入了解钛合金激光再制造的发展现状,从再制造材料以及工艺方法两方面综述了钛合金激光再制造的研究进展。阐述了金属基粉末、陶瓷材料、稀土及其氧化物粉末的再制造特点与应用,论述了主要激光工艺参数对覆层形貌及性能的影响规律,讨论了数值模拟、辅助工艺以及复合工艺在该类合金部件激光再制造中的应用,最后对钛合金部件激光再制造的发展趋势进行了展望。

激光再制造薄壁件控形的研究进展

激光再制造技术具有修复精度高、修复件性能优异以及可进行柔性加工等优势,可有效解决损伤零部件快速抢修的难题,满足了工程上行动快速性和携带便捷性的需求。需要修复的零件具有轻量化和结构紧凑的特点,广泛应用于工业等重要领域。目前,激光增材修复复杂薄壁件仍存在翘曲变形的瓶颈,因此翘曲变形是亟待解决的重要问题。文章综述国内外激光再制造修复薄壁件控形的相关研究进展,指出激光再制造修复薄壁件控形存在的主要问题和今后的研究方向,以期为激光再制造修复薄壁件控形研究提供指导。

河北瑞兆激光再制造技术股份有限公司

河北瑞兆激光再制造技术股份有限公司成立于2006年6月,位于河北迁西经济开发区中区,总资产3.41亿元,新三板上市公司。一级诚信企业。拥有河北省机电设备再制造产业技术研究院和三家全资子公司(电机修复公司、机电工程公司、资源环境科技公司),其中,有两家国家高新技术企业,是国家再制造试点单位、国家绿色工厂、国家工信部绿色制造系统集成项目单位。

FV520(B)钢叶片模拟件激光再制造工艺优化及成形修复

针对压缩机叶片激光再制造成形的工程实际需求,从激光再制造成形表面平整度假设出发,获得了熔覆层搭接率数学模型并实验验证,通过分析单道熔覆层形状和优选稀释率,确定了FV520(B)钢基体上熔覆FeCrNiCu系合金粉末的最优化匹配工艺参数;通过量化分析激光再制造成形过程,规划了最佳成形路径和工艺过程,实现了体积损伤叶片模拟件激光再制造成形。渗透探伤和金相显微测量结果表明:再制造成形部位表层无气孔、裂纹等缺陷产生,成形部位形状尺寸误差小于2mm,角度误差小于3°。

连续/脉冲激光再制造FeCrNiCu合金成形层温度场研究

采用非接触式红外高温测试仪对连续/脉冲激光成形两种模式下激光再制造FeCrNiCu合金成形层温度场进行分析,获取了熔池及热影响区温度场分布的一般规律,验证了脉冲激光工艺在控制热输入和成形形变以及降低熔池及热影响区温度方面的工艺优越性。结果表明:脉冲激光成形热影响区峰值温度为730.4~810.5℃,熔池峰值温度为998.7~1383.4℃,明显低于相同工艺下连续输出模式;脉冲激光成形层具有更快的升温及降温速率,利于形成细晶组织和获得良好的力学性能;实际成形实验也进一步验证脉冲激光工艺具有更小的热影响区范围。

激光再制造闭环控制系统的研究现状及发展

闭环控制系统在激光再制造工程中的应用,对提高激光再制造产品形状尺寸精度以及成形控制过程自动化、智能化水平具有重要意义,并具有广阔的发展空间。从闭环控制系统原理及结构出发,对以熔池形状、3维尺寸、熔池温度、激光功率以及多信号联合等方式为监测方法的典型闭环控制系统进行分析,同时就出光位置调整、送粉速率调节、激光功率控制等主要控制方法进行概述,并从顶层设计、传感器精度、算法复杂度以及系统实时性和可靠性等方面对系统构建的关键性环节进行总结。在分析对比国内外激光再制造闭环控制系统研究进展及相关局限性基础上,分析归纳系统构建难点,指出了激光再制造闭环控制系统将向算法智能化、传感器集成化、控制参量综合化以及监测控制网络化的方向发展。

激光再制造技术及其应用

阐述了激光再制造技术的构成和工艺流程,介绍了国内外在激光再制造技术方面的发展历程,指出了激光再制造技术的应用领域,分析了当前激光再制造技术存在的亟待解决的问题。

激光再制造技术工程化应用

介绍了激光熔覆技术和激光再制造技术的特点。激光熔覆技术是激光再制造技术的基础技术之一,具有结合强度高、热影响区小、热变形小、可控性好等技术特点,以激光熔覆技术为主要技术的多种加工技术同再制造产品相结合形成的激光再制造工程技术是再制造工程技术的重要组成部分,具有优质、高效、节能、节材、环保的基本特点,该技术的兴起和发展为我国重大机械装备和部分进口设备的修复和改造提供了新的技术手段。在我国,激光再制造技术广泛应用于石化、冶金、电力等行业。列举了激光再制造机械设备的典型案例,指出在我国开展重大装备的激光再制造,不仅具有广阔的市场前景,而且具有重大的经济效益和社会效益。

激光再制造过程熔池温度场的数值模拟

建立简化二维非稳态温度场数值模型,采用有限元方法及ANSYS软件求解温度场分布,模拟了一个平板试验件激光再制造过程,其计算结果与文献提供数据比较误差较小,可以采用此计算方法提供的初始温度值和非接触测量温度变化量来控制工艺参数.

激光再制造汽轮机转子的力学性能研究

针对激光再制造汽轮机转子轴颈,在汽轮机转子激光再制造后的综合跳动(TIR)控制在6.35μm以内的前提下,选用铁基粉末进行力学性能测试,研究了激光再制造层与基体复合材料的拉伸、冲击与弯曲等力学性能.结果表明:复合材料的抗拉强度和抗弯强度分别比基体材料28CrMoNiV的平均抗拉和抗弯强度提高11.29%和24.11%,复合材料的平均冲击吸收功为39J;根据并联力学性能模型的混合律,激光再制造层的力学性能优于基体材料28CrMoNiV;激光再制造层中一次晶轴与二次晶轴的数量远大于基体材料,高密度的位错阻碍了晶界滑移,使抗拉伸强度提高;再制造层晶粒相对基体材料小而密集,裂纹扩展路径曲折,裂纹萌生功的提高使韧性增强.

FV520(B)钢叶片激光再制造动态形变规律及试验优化

针对体积损伤压缩机叶片的激光再制造成形形变控制难题,采用有限单元"生死"控制方法,模拟脉冲激光优化工艺下成形过程,获取成形形变动态历程及规律,优化了脉冲激光成形工艺并采用IPG光纤激光再制造系统开展了叶轮激光再制造成形试验.采用Power Scan II型蓝光三维反求测量仪精确测量了再制造成形形变尺寸,验证了有限元分析结论的正确性.试验结果表明:增加首末两成形层之间时间间隔,可控制整体形变在1 mm以内,热影响区形变控制在0.280.50 mm以内,经机械加工后尺寸误差精度不超过0.02 mm,角度误差精度不超过0.03°,验证了脉冲激光工艺的优化性,为叶片类部件再制造成形提供工艺参考.

激光再制造熔池温度场检测与控制方案研究

为实时检测与控制激光再制造熔池温度场,提出了一套新型CCD红外图像比色测温与反馈系统模型.此系统模型采用单镜头采集两种波长的激光熔池温度场红外图像,CCD摄像机接收热辐射信号,将得到的信息传输到计算机进行处理,得到激光熔池温度场分布数据,根据这些数据可以进行激光加工控制.

FV520(B)钢叶片模拟件激光再制造成形试验分析

针对鼓风机用FV520(B)钢叶片根部气蚀裂纹的激光再制造,采用正交化试验方法优化再制造工艺参数;通过分析FV520(B)钢叶片模拟件根部破损情况,制定激光扫描修复方案,观察和分析修复部位金相显微组织及物相组成,并对熔覆层硬度进行测试。试验结果表明:激光功率1.1kW、扫描速度250mm/min、送粉速率8.10g/min及载气流量150L/h为该再制造系统下该材料优化工艺参数;采用多种扫描路径相综合的修复方式,减少层间热累积效应,使修复件尺寸精度保持在0.8mm之内;熔覆层和基体为良好的冶金结合,熔覆层表面显微硬度最高,平均值达到675 HV0.2,结合界面处硬度值达到610HV0.2,具有较好的组织结构和硬度性能。

基于结构光立体视觉的激光再制造工件的测量

为了实现激光再制造工件的快速准确测量,提出了1套与激光再制造机器人耦合的视觉系统.该视觉系统由2个摄像机、1个激光投射器和计算机组成.摄像机和激光投射器组成扫描测头,由6自由度机器人手持实现多视角扫描.并自动完成数据拼接,消除‘死角'.首先,通过MATLAB编程完成系统标定,分别标定出单目摄像机内外参数矩阵,双目相机关系矩阵和机器人手眼关系矩阵.然后,两摄像机同时采集带有结构光信息的左右图像,采用重心法精确提取亚像素级结构光条纹中心.最后,依据极线几何约束,完成左右结构光条纹数据的匹配,根据匹配得到的数据对计算出3维空间坐标.系统具有低速高精度扫描(<5 mm/s)和高速普通扫描(<50 mm/s)两种模式.以气缸门芯为例,完成了3维扫描与测量,并与常规测量方法结果做了对比.实验结果表明,高精度模式最大误差小于0.1 mm,最大相对误差为0.7%,高速模式扫描时间3～5 s,能够满足激光再制造机器人对测量精度和测量速度的要求.

激光再制造工艺参数的研究

基于大量工艺实验,从激光再制造技术众多工艺参数中提取六个对保障激光熔覆效果和熔覆层质量起关键作用的工艺参数,分别进行了理论和试验研究,给出了每个工艺参数的选取原则,为激光再制造技术的推广应用提供了理论和实验依据。

用于激光再制造的沸腾式送粉器设计

针对激光再制造对粉末输送的要求,设计一种基于流化床原理的沸腾式送粉器。实验采用粒径为75～109μm的Ni基合金粉末,在干燥室内环境下进行,分别在送粉器结构尺寸不同、气动回路控制方法不同以及沸腾气体流量不同的情况下对送粉器进行实验。根据实验结果对送粉器结构、气动控制回路进行改进。研究表明:内部尺寸适当小的送粉器其最小送粉率可达1.7 g/min;沸腾气体流量的变化对送粉率影响显著,即送粉率随着沸腾气体流量的增大而增大,且两者存在一定的线性关系;沸腾式送粉器的稳定送粉范围为2.5～20 g/min。