激光熔覆技術能實現(xiàn)20 噸圓錐破碎機及其旋轉軸的修復再利用。

 

自1993年成立以來，總部坐落于澳大利亞新南威爾士的LaserBond公司始終專注于先進表面加工技術的研究、開發(fā)和實施，以大幅度降低對生產至關重要的零部件的磨損率、維護與運營成本。該公司在一系列資本密集型產業(yè)中，從事高磨損性關鍵金屬部件的制造、維修與回收業(yè)務，并致力提高其性能，特別是在采礦業(yè)中，其設備必須在各種高磨蝕性及超常磨損條件下持續(xù)運行。

 

與此同時，LaserBond還服務于采礦業(yè)以外的諸多行業(yè)，包括金屬精煉和冶煉、發(fā)電、公路與鐵路運輸、航空航天和燃氣輪機、船舶、閥門、流體處理、油田鉆井與勘探等。

 

激光沉積技術的發(fā)展

 

LaserBond最新增長源自其專利的激光沉積工藝的發(fā)展。這項研究工作由公司創(chuàng)始人兼執(zhí)行董事Greg Hooper領導，旨在實現(xiàn)典型硬質相冶金中的高沉積率，并最大限度降低對基體和覆層的削弱影響。

 

“我們的方法可實現(xiàn)金屬或金屬基復合材料（MMC）層的激光沉積，以形成完整的冶金結合，這是通過利用一個支持多軸機器人，并與一個單獨的多軸工件平臺集成的精準聚焦、無極可控的高功率激光束，將精確控制的熱能傳遞到基材和沉積層來實現(xiàn)的，”Hooper解釋道，“這種集成使熱敏型部件及材料的修復得以實現(xiàn)，如淬火軸和齒輪，并最大限度降低了可能破壞部件完整性或工作性能的變形或其它不良熱影響的風險。這種方法實現(xiàn)了由小得多的硬質相粒子形成的MMC覆蓋層的沉積，并使熱影響降到最低。新方法使硬質相濃度顯著提高，并極大改善了其分布。因此，WC（碳化鎢）顆粒間的平均自由路徑更小，耐磨性大大提高。

 

 

 

圖1：一般的復合層激光熔覆會產生不良削弱，碳化物相出現(xiàn)脫碳，從而降低性能。

 

同步圖像（圖1和圖2）說明這種沉積技術創(chuàng)造出了重新設計高磨損部件的機會。此技術超越其它方法的主要優(yōu)勢為：

 

 

 

圖2：LaserBond 沉積技術可提供冶金結合，同時不會出現(xiàn)削弱的稀釋效果，并可實現(xiàn)層的沉積，存留的硬質相能保持高濃度。

 

● 高沉積率；

 

● 基材削弱極低，可實現(xiàn)極薄的層厚；

 

● 幾乎不存在熱影響區(qū)，消除了對基材結構性能的影響；

 

● 變形可忽略不計，可實現(xiàn)對尺寸敏感型部件的激光熔覆。

 

LaserBond的一個獨特之處，在于它對熔覆結合機制及合成冶金所采用的科學方法與理解。1995年，公司投資的內部實驗室配備了一臺掃描電子顯微鏡，供納米級涂料和冶金術研究。實驗室通常用于涂料和覆蓋層優(yōu)化、外購材料的質量控制、根據要求向客戶報告新應用、以及材料和失效分析等。

 

公司的潛孔（DTH）鉆錘產品就是新沉積方法的一個直接成果。全面的獨立測試證明了鉆錘的磨損壽命延長了305%（超過3倍），另外，礦山現(xiàn)場的鉆探總成本也降低了7.5%。

 

成功的關鍵

 

公司董事長Allan Morton強調了他們在資源行業(yè)三個領域內無與倫比的專業(yè)知識。“我們非常了解摩擦學……特別是在采礦、鉆探和礦物加工等極端環(huán)境中的磨損機制，及其對成本的影響。第二項關鍵點是先進的冶金術。我們非常擅長開發(fā)特定用途的熔覆產品和技術，了解客戶的應用和所出現(xiàn)的磨損特性，比如說，針對泥漿泵、或沖擊鉆、或連續(xù)地下采掘機，我們會為其定制一種專用合金。第三是我們對熔覆應用流程的廣泛理解，也即我們具備指定正確方法及激光參數(shù)的能力。”

 

25年來，LaserBond自籌資金從事表面加工與激光應用方面的研發(fā)工作。公司最近與南澳洲大學（UniSA）未來產業(yè)研究所合作，為采礦業(yè)開發(fā)高磨損壽命技術，這定將提升有關磨損機制和激光熔覆技術應用的新認知。澳大利亞采礦設備、技術和服務部門（METS）行業(yè)競爭力十年計劃提出了一個提高其全球競爭力的發(fā)展藍圖，尤為關注促進METS旗下企業(yè)與研究人員之間的協(xié)作。公司也得到資助以支持增加其研發(fā)活動。

 

“一旦加入行業(yè)協(xié)作或共同戰(zhàn)略合作，關系就將發(fā)生轉變，你不再只是一個供應商，并且可能也不再只是一個主要供應商，而是在共同從事開創(chuàng)性計劃，在參與合作，并且加入一個互利聯(lián)盟，”Morton表示，“它開啟了一個巨大的機會。這就是為什么我認為澳大利亞政府的創(chuàng)新與科學部，以及南澳大利亞政府發(fā)展局，在促進與支持我們的激光技術研發(fā)工作、并協(xié)助我們的下一代激光熔覆系統(tǒng)發(fā)展方面，做了一件非常了不起的工作。”

 

技術許可

 

現(xiàn)在，LaserBond許可將其激光熔覆技術作為定制化的交鑰匙系統(tǒng)，集成于定制軟硬件和支持包中。支持包涉及根據客戶具體應用并結合 4-10kW的光纖耦合二極管激光器，進行激光熔覆單元的設計、構建、安裝和調試。對于未來的工作，公司正在其位于阿德萊德的先進制造與研究機構內安裝一個16kW的激光器單元。熔覆頭定位由一個六軸機器人負責，它是按照能在大覆蓋范圍內保持高穩(wěn)定性和高控制能力的標準選擇的。該公司還設計并制造自己的多軸工件定位系統(tǒng)，適用負荷達20噸的零部件（FRONTIS），擺長可達2-9米。

 

公司執(zhí)行董事Wayne Hooper對專有的粉末噴射噴嘴系統(tǒng)進行了描述，“大型礦業(yè)部件的熔覆需要在高功率水平下長時間運行，某些項目甚至要在最高功率下運行16小時。這一要求促使我們必須開發(fā)出自己的水冷、離軸粉末噴射噴嘴。它包含了快速可更換噴粉管和氣體減壓重力進料粉末混合器。需處理部件的幾何形狀將決定噴嘴的參數(shù)設置。這激勵我們投資開發(fā)自有的控制系統(tǒng)”。

 

碩果累累

 

LaserBond已獲得260萬美元的政府資金支持，以開展采礦業(yè)激光熔覆表面加工項目，幫助提高磨損壽命。LaserBond負責領導該項目，UniSA和全球鉆探設備制造商Boart Longyear均為合作伙伴，獲得資金用于支持與材料科學相關的三年期合作，并使用相關技術來提高一系列磨損點，其中的很多都與礦業(yè)鉆探開采息息相關。

 

巧合的是，LaserBond和Boart Longyear最近簽署了一份不具約束力的戰(zhàn)略伙伴關系，尋求開發(fā)互利商業(yè)產品和服務。UniSA也已和LaserBond簽署合作研發(fā)協(xié)議，共同進行耐磨與表面熔覆加工技術、系統(tǒng)、工藝和應用的開發(fā)，服務資源、農業(yè)和其它重工業(yè)等領域的研究工作。

 

LaserBond已與亞洲一家大型礦產加工設備制造與維修公司簽署了一項技術許可合同，初步涉及基于該公司具體應用的激光熔覆單元的設計、建造、安裝和調試。“我們選擇的這家公司已展示了參與國際技術合作的能力，其在采礦設備市場占據著極大的份額，” Hooper指出，“這項合同體現(xiàn)了LaserBond所開發(fā)技術和知識產權的重大價值。我們將本協(xié)議視為一個起點。”

 

如前所述，LaserBond的新型DTH鉆錘的耐久性超過行業(yè)標準三倍以上，這是通過在南澳洲進行的一次對比試驗得出的結論。在總部位于布里斯班的礦業(yè)咨詢公司Xtega有限公司的獨家掌控下，這次獨立的對比試驗在一個硬質金屬巖石礦進行，選擇其高磨蝕性巖礦石，兆帕值（MPa）介于  90-200。“磨損的降低是不容置疑的，它使LaserBond鉆錘的使用壽命延長了305%，”Xtega總結道。其它好處包括機械可用性和效率的提高、更高的抗沖擊性和滲透率、現(xiàn)場和操作者安全性的改善、更少的停機更換時間，以及7.5%的成本降低。

 

通過將LaserBond激光熔覆技術應用于現(xiàn)成部件，使一臺地下采煤機的磨損壽命達到原先的10倍。“如果沒有我們的關注，這些單元只能持續(xù)工作40-60小時，堅硬的巖石內含物就會磨穿水冷系統(tǒng)并導致其失效。然而現(xiàn)在，我們的客戶有望節(jié)省數(shù)百萬資金，”在進行現(xiàn)場性能檢查后， Hooper解釋道。

 

未來會怎樣

 

2016年，LaserBond經歷了商業(yè)上的成功，得益于其新產品研發(fā)和客戶拓展，國內外市場出口銷售增長了240%。Morton表示，“預計2017年該公司業(yè)績有望增長30%，未來幾年，依托其投資的下一代先進的激光熔覆技術單元，將憑借其適用于更廣泛產品的更高覆層性能，為OEM客戶開辟更多機遇。”

 

“關于未來沒有什么是絕對的，你要為自己設定可能達到的最高目標，并努力令其成為現(xiàn)實，”Morton指出，“我們的戰(zhàn)略性國際關系正在供應商端和客戶端不斷成長。我們?yōu)槟切で笤趪揽翖l件下獲得高耐磨性能的公司提供定制服務。在戰(zhàn)略合作伙伴關系下，LaserBond總是表現(xiàn)超群。舉個例子，我們?yōu)橐患覈H公司定制設計出了一臺能制造10噸級破碎機壓輥的機器，并使其可實現(xiàn)翻新。