阀芯零件激光再制造工艺方法及试验研究

为了实现损伤阀芯零件的高质量修复,提出了一种基于几何重构与路径位姿规划的阀芯再制造工艺方法。引入再制造边界预制原则对阀芯损伤部位进行预处理设计并制定其实施步骤,基于NURBS理论实现了再制造边界曲面及待修复阀芯模型的高精度重构;采用等距截平面法生成再制造工艺路径,根据直线逼近和误差控制原理计算了各插补点坐标,并将光斑面积与插补点姿态相结合确定激光喷头动态位姿;运用ABB机器人系统进行路径与位姿校验并导出代码进行了阀芯再制造实践。结果表明:所提方法中规划路径及位姿能够有效跟随阀芯再制造边界曲面进行熔覆,形成了无气孔、无裂纹的致密涂层,涂层晶粒尺寸和平均硬度分别为14~54μm和573.6HV0.5±51.8HV0.5,耐冲蚀腐蚀性能提高了30.8%,满足阀芯再制造要求。

西安增材再制造创新联盟筹备会在陕隆重召开

为助力制造业企业和重点行业降本增效,加速制造业创新链、产业链和供应链协同融合发展,构建产业生态,发展循环经济和绿色经济,提升制造业整体竞争力。2023年11月30日,由西安市先进制造业协会牵头的西安增材再制造创新联盟筹备会在西安隆重召开。来自陕西省重点高校、企业及相关协会共18家单位参加会议。作为发起单位之一,西安智能再制造研究院有限公司董事长王春昌出席会议。

不同送料工艺对液压支架激光熔覆再制造的影响

液压支架是煤矿综采系统中的重要设备,环境的复杂性和特殊性对液压支架的使用寿命和性能造成严重威胁,为了提高液压支架立柱的耐磨蚀性能,采用激光熔覆技术对立柱表面进行修复强化处理。本文采用同轴送粉、旁轴送粉和丝材熔覆三种送料工艺,在液压支架立柱表面制备单层和多层的熔覆涂层。对不同送料工艺对应熔覆层力学性能进行分析研究,发现试件的表面硬度大小顺序为:同轴送粉试件>旁轴送粉试件>丝材熔覆试件,并且同轴送粉、旁轴送粉、丝材熔覆获得的涂层硬度分别是基材的2.3倍、2.2倍及2.1倍。使用同轴送粉、旁轴送粉和丝材熔覆技术,均可在柱状27SiMn钢表面得到性能优异的不锈钢熔覆层。通过对三种不同送料工艺下熔覆层进行分析研究,发现同等加工参数下,丝材激光熔覆的综合性能优于粉末激光熔覆,并且在进行大型承载设备修复时,丝材激光熔覆的材料利用率更高。

三偏心蝶阀失效分析及其司太立合金等离子熔覆修复研究

针对某煤矿瓦斯抽放系统三偏心蝶阀密封面和轴孔的失效进行系统分析,确定其主要发生的是均匀腐蚀失效。该三偏心蝶阀长期在饱含凝露水及强腐蚀性气体(H_(2)S、CO_(2)、SO_(2))的瓦斯介质中服役,针对该服役环境,提出在其密封面和轴孔表面等离子熔覆司太立12合金的修复方案。对司太立12等离子熔覆层进行系统的显微组织观察、化学成分测试、显微硬度测试,以评估其可靠性。结果表明:司太立熔覆层主要为胞状树枝晶结构,熔覆层与基体结合良好,未见裂纹和气孔缺陷;熔覆层中的胞状枝晶主要为Co基固溶体,在枝晶间连续分布着富Cr相(Cr基固溶体+Cr的碳化物共晶组织)网状结构,富W相(W_(2)C碳化物+Co基固溶体)在富Cr网状结构中呈现不连续分布;司太立12等离子熔覆层的显微硬度为375~450 HV0.3,高于基材(100~150 HV0.3)和原始不锈钢套(200~250 HV0.3)。修复后的蝶阀在煤矿中服役4个月未发生失效,而未处理的新蝶阀服役1个月就发生失效,说明蝶阀密封面及轴孔所采用的司太立12等离子熔覆层对基材有较好的保护作用。

液压支架缸体环焊缝缺陷超声相控阵检测方法研究

针对液压缸长期在重载和交变载荷下运行,极易产生各种疲劳损伤,严重时引起缸体焊缝开裂,甚至引发爆缸的问题,对液压支架缸体焊缝检测方法进行了研究。由于焊缝表面不平整,声波垂直入射耦合效果差,将换能器安装在楔块上使得声波斜入射对焊缝进行检测。根据射线声学理论和Snell原理,确定超声波在楔块和工件中的传播路径,得到了楔块条件下超声相控阵延时法则计算公式。对楔块条件下单阵元空间脉冲响应进行延时叠加,得到了超声相控阵的空间声压模型,仿真得到了不同偏转角度时的声轴线声压,分析了在不同偏转角度下超声相控阵换能器辐射声场的特性。对含人工缺陷的焊缝试块进行相控阵实验,能发现不同位置的缺陷,对ZY9200/25/50D型液压支架缸体环焊缝进行现场检测,从相控阵图像上可以直接得到缺陷的位置和尺寸,通过声场仿真可为制定相控阵检测工艺参数提供指导。

17-4PH不锈钢激光熔覆镍基碳化钨涂层数值模拟研究

采用双椭球热源,综合考虑了热传导、热对流、粉光相互影响、金属相变、凝固的相互作用,基于随温度变化的热物性参数,建立了17-4PH基体激光熔覆镍基碳化钨粉末的三维温度场流场数值模型,模拟不同激光功率和熔覆速度对温度场流场的影响,计算得出了熔覆过程温度场、速度场的瞬时变化规律。结果表明,随着激光功率的增加,熔池温度的峰值从1 850 K增加到2 210 K,熔池流速峰值从0.12 m/s增加到0.13 m/s。随着熔覆速度增加,熔覆层温度分布变化不大,但熔覆层厚度由649.117μm减小到313.759μm。研究结果为不锈钢激光熔覆镍基碳化钨成型提供相关理论依据。

阀杆失效分析及其表面激光熔覆修复

针对桑树坪二号井煤矿瓦斯抽放系统三偏心蝶阀阀杆和排水系统闸阀阀杆的失效问题进行系统分析,确定主要失效原因是H_(2)S、CO_(2)、SO_(2)等介质的均匀腐蚀。为了提高阀杆的耐蚀性能,提出了其表面激光熔覆Inconel 625合金(粉末和丝材)的修复方案。对激光熔覆层进行系统的显微组织观察、化学成分测试、显微硬度测试和电化学测试,评估其可靠性。结果表明:Inconel 625丝材和粉末熔覆层组织分布类似,熔覆层组织结构均为树枝晶,与基体结合良好,未见裂纹和气孔缺陷;熔覆层中枝晶间区域Cr含量高于枝晶内区域,枝晶间均存在富Nb析出相;熔覆层整体元素分布较均匀,在界面处Ni、Cr、Fe、Mo、Nb等主要元素与母材之间呈现过渡分布;Inconel 625熔覆层的硬度略高于母材,且自腐蚀电位高于母材,熔覆层自腐蚀电流密度Icorr(8.62×10^(-7)A/cm^(2))低于母材(8.23×10^(-6)A/cm^(2)),经等效电路拟合后得到Inconel 625熔覆层电荷转移电阻为9.9×10^(4)Ω·cm^(2),远高于母材的2.6×10^(3)Ω·cm^(2),表明熔覆层的耐蚀性优于基体。上述修复后的阀杆结构在煤矿中服役6个月未发生腐蚀失效,仍正常运行,而未处理的阀杆结构服役1个月就发生腐蚀失效,说明Inconel 625熔覆层对阀杆材料有较好的保护作用。

采煤机惰轮轴裂纹超声检测与定量评价方法

采煤机惰轮轴长期在重载和交变载荷作用下运行,极易在轴肩根部产生裂纹,影响结构的完整性。为了对惰轮轴根部裂纹进行定量分析,建立惰轮轴超声检测二维有限元模型,研究超声波在惰轮轴中的传播过程及其与缺陷相互作用规律。搭建超声检测实验平台,验证了有限元数值模型的正确性。分析了不同深度裂纹回波的时域波形和频谱幅值的变化规律,结果表明,幅值随着裂纹深度的增大而增大,带宽随着裂纹深度增大而变宽,采用最小二乘法对频谱幅值进行拟合,得到频谱幅值和裂纹深度的拟合函数,实现轴肩根部裂纹深度的定量分析。最后,制作了惰轮轴试块,开展不同深度裂纹的超声检测实验,验证了拟合函数的正确性。

空间脉冲响应和有限元混合的超声回波建模方法

针对数值仿真计算效率低的问题,提出了空间脉冲响应法和有限元法相混合的建模方法,只对缺陷周围的局部区域进行网格划分,用有限元计算超声波与缺陷的相互作用,用空间脉冲响应法计算超声波的向前传播和向后反射,该方法既可以模拟超声波与复杂缺陷的相互作用,保证了计算精度,又极大提高了计算效率。分别利用混合方法和数值方法建立了平底孔回波模型,得到了平底孔的反射回波,两者波形吻合较好,验证了模型的有效性。平底孔混合模型仿真用时是数值模型的5.9%,计算效率提升明显。建立了惰轮轴轴肩根部不同深度裂纹的混合模型,得到了反射回波,轴肩回波和裂纹回波混叠在一起难以从时域上区分,但随着裂纹深度的增加回波幅值也随之增大,可根据回波幅值的变化情况对根部裂纹的深度进行定量评价。

金属玻璃变形能力影响因素及提高途径

金属玻璃具有优异的力学、物理、生物和化学性能以及良好的耐磨损、耐腐蚀性能等,因此其在工程和功能材料领域有广阔的应用前景。基于高度局域化的剪切带变形模式,金属玻璃在室温条件下呈现脆性特征和应变软化等问题限制了其应用潜力。改善和提高金属玻璃的力学性能,可通过改变金属玻璃变形能力的影响因素来实现。采用不同制备工艺、试验条件及后续处理工艺能够在一定程度上提高金属玻璃变形能力。因此,系统介绍金属玻璃变形能力影响因素以及如何通过调整这些影响因素来提高金属玻璃变形能力至关重要。本文综述了影响金属玻璃变形能力的内、外在因素,并重点评述了金属玻璃变形能力提高的主要途径。最后,对金属玻璃的改性途径进行了简单总结,并对该领域需要进一步研究的若干问题进行了展望。

基于超声C扫图像反卷积的棒材缺陷定量方法

缺陷定量评价一直是无损检测领域研究的重点,超声波的扩散会导致C扫描图像边缘模糊,影响缺陷定量的准确性。为了提高棒材缺陷定量的准确性,提出了一种棒材超声C扫描图像反卷积方法。基于多元高斯声束模型(multi-gaussian beam model, MGB),根据超声波在曲面界面的传播规律,推导了棒材水浸超声成像系统的点扩散函数(point spread function, PSF)。利用四轴超声水浸检测系统对含有平底孔的尼龙棒进行了检测,得到了C扫描图像,然后用Richardson-Lucy(RL)迭代算法对C扫描图像进行反卷积处理。使用6 dB下降法分别对原始图像和反卷积处理后的图像进行定量分析。结果表明,反卷积处理后定量误差更小,特别是将直径1.5 mm平底孔的误差由88%降低到了18.7%。