基于双道激光图像识别的盾尾间隙实时监测技术研究

针对传统人工测量盾尾间隙数据滞后,无法直观反映盾尾间隙变化趋势的问题,开展盾尾间隙自动化监测技术研究。采用双道激光作为预制标尺,通过工业相机获取盾尾管片图像,对图像进行处理后根据像素距离计算盾尾间隙数值。该测试技术可以在盾构掘进过程中实时测量盾尾间隙变化情况,并先后在多个项目进行了现场测试。由现场测试结果可知:1)该自动化非接触测量技术能实现盾尾间隙一键式测量,测试过程中不影响盾构正常施工;2)该测量装置能实时监测盾尾间隙,模拟盾尾椭圆度,监测盾尾变形情况及盾尾与管片的空间状态;3)采集装置采用双道激光发射器,能精准建立实际距离与像素距离之间的几何关系,提高测量装置的测试精度,使测量精度控制在3.8 mm内。

钒作中间层的TC4钛合金与316L不锈钢双道激光焊接

采用TC4钛合金和316L不锈钢作为母材,纯钒作为中间层材料,进行了双道激光焊接试验。研究了焊接速度、光束偏移量对焊缝成形、显微组织、力学性能的影响,并进行了分析测试。结果表明:在钛合金一侧的钒中间层可发生一定程度的熔化,但界面近域均为固溶体,对接头的力学性能影响较小。在钒与不锈钢一侧,钒中间层与不锈钢呈钎焊界面,钒发生一定程度的溶解与扩散,形成扩散层。随着钢侧光束偏移量的增加,V/Fe界面扩散层的厚度减小,偏移量为0.3 mm时,界面扩散层厚度达到35.8μm,此时抗拉强度最高达到406.9 MPa,断裂位置为钒/不锈钢界面处,断口呈韧性断裂特征。

小模数齿轮齿面双道激光熔覆工艺

采用连续光纤激光器在小模数齿轮齿面制备1 mm厚的Ni60合金涂层,针对小模数齿顶较薄以及单道激光在齿轮中部能量过于集中易造成熔覆缺陷的原因进行分析,提出了采用双道激光在小模数齿面制备镍基合金涂层的方法,在保证激光总输入能量不变的条件下,将原有单束激光的能量按一定的能量配比方案分配到两个小光斑上,依次加工齿轮的齿顶和齿底。结果表明:采用双道1 mm光斑按4:6能量配比方案不仅减小了齿顶的烧蚀,还解决了齿轮中部能量过于集中的问题,涂层的稀释率显著降低,组织中含Fe、Ni的晶状奥氏体析出较少,富含Cr的粒状渗碳体析出较多,熔覆层组织整体的耐磨性和强度都优于单道激光熔覆层。双道激光熔覆工艺可显著提升小模数齿轮齿面镍基合金涂层的质量。

基于TRIZ理论解决小模数齿面激光熔覆缺陷的技术研究

针对小模数齿轮齿面进行激光熔覆修复时容易出现熔覆缺陷、影响修复质量的问题,通过采用TRIZ理论中的冲突解决原理,对小模数齿轮激光加工的设备及工艺制备流程进行归纳分析,得到对应的创新工艺方法和优化路线。通过评估模型选择最佳的创新原理,最终采用物理矛盾的解决思路,将光束能量进行有效分配,将原有的单道光束改为多道光束,针对不同部位施加不同能量密度的光束,有效改善高斯光源特性。通过单一变量法试验验证得到,在双道直径1 mm光斑下的激光熔覆涂层中晶状奥氏体析出较少,粒状渗碳体析出较多,涂层的硬度和耐磨性比单道激光熔覆更高,齿面具有更高的抗胶合、抗点蚀和抗磨损能力,满足修复后齿轮齿面工艺强度要求。