激光熔覆技術(shù)能實(shí)現(xiàn)20 噸圓錐破碎機(jī)及其旋轉(zhuǎn)軸的修復(fù)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(jìn)表面加工技術(shù)的研究、開發(fā)和實(shí)施，以大幅度降低對(duì)生產(chǎn)至關(guān)重要的零部件的磨損率、維護(hù)與運(yùn)營(yíng)成本。該公司在一系列資本密集型產(chǎn)業(yè)中，從事高磨損性關(guān)鍵金屬部件的制造、維修與回收業(yè)務(wù)，并致力提高其性能，特別是在采礦業(yè)中，其設(shè)備必須在各種高磨蝕性及超常磨損條件下持續(xù)運(yùn)行。
與此同時(shí)，LaserBond還服務(wù)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(yùn)輸、航空航天和燃?xì)廨啓C(jī)、船舶、閥門、流體處理、油田鉆井與勘探等。
激光沉積技術(shù)的發(fā)展
LaserBond最新增長(zhǎng)源自其專利的激光沉積工藝的發(fā)展。這項(xiàng)研究工作由公司創(chuàng)始人兼執(zhí)行董事Greg Hooper領(lǐng)導(dǎo)，旨在實(shí)現(xiàn)典型硬質(zhì)相冶金中的高沉積率，并最大限度降低對(duì)基體和覆層的削弱影響。
“我們的方法可實(shí)現(xiàn)金屬或金屬基復(fù)合材料（MMC）層的激光沉積，以形成完整的冶金結(jié)合，這是通過利用一個(gè)支持多軸機(jī)器人，并與一個(gè)單獨(dú)的多軸工件平臺(tái)集成的精準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)的，”Hooper解釋道，“這種集成使熱敏型部件及材料的修復(fù)得以實(shí)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(fēng)險(xiǎn)。這種方法實(shí)現(xiàn)了由小得多的硬質(zhì)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(zhì)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(fù)合層激光熔覆會(huì)產(chǎn)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(shù)創(chuàng)造出了重新設(shè)計(jì)高磨損部件的機(jī)會(huì)。此技術(shù)超越其它方法的主要優(yōu)勢(shì)為：
圖2：LaserBond 沉積技術(shù)可提供冶金結(jié)合，同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)削弱的稀釋效果，并可實(shí)現(xiàn)層的沉積，存留的硬質(zhì)相能保持高濃度。
● 高沉積率；
● 基材削弱極低，可實(shí)現(xiàn)極薄的層厚；
● 幾乎不存在熱影響區(qū)，消除了對(duì)基材結(jié)構(gòu)性能的影響；
● 變形可忽略不計(jì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)尺寸敏感型部件的激光熔覆。
LaserBond的一個(gè)獨(dú)特之處，在于它對(duì)熔覆結(jié)合機(jī)制及合成冶金所采用的科學(xué)方法與理解。1995年，公司投資的內(nèi)部實(shí)驗(yàn)室配備了一臺(tái)掃描電子顯微鏡，供納米級(jí)涂料和冶金術(shù)研究。實(shí)驗(yàn)室通常用于涂料和覆蓋層優(yōu)化、外購(gòu)材料的質(zhì)量控制、根據(jù)要求向客戶報(bào)告新應(yīng)用、以及材料和失效分析等。
公司的潛孔（DTH）鉆錘產(chǎn)品就是新沉積方法的一個(gè)直接成果。全面的獨(dú)立測(cè)試證明了鉆錘的磨損壽命延長(zhǎng)了305%（超過3倍），另外，礦山現(xiàn)場(chǎng)的鉆探總成本也降低了7.5%。
成功的關(guān)鍵
公司董事長(zhǎng)Allan Morton強(qiáng)調(diào)了他們?cè)谫Y源行業(yè)三個(gè)領(lǐng)域內(nèi)無與倫比的專業(yè)知識(shí)。“我們非常了解摩擦學(xué)……特別是在采礦、鉆探和礦物加工等極端環(huán)境中的磨損機(jī)制，及其對(duì)成本的影響。第二項(xiàng)關(guān)鍵點(diǎn)是先進(jìn)的冶金術(shù)。我們非常擅長(zhǎng)開發(fā)特定用途的熔覆產(chǎn)品和技術(shù)，了解客戶的應(yīng)用和所出現(xiàn)的磨損特性，比如說，針對(duì)泥漿泵、或沖擊鉆、或連續(xù)地下采掘機(jī)，我們會(huì)為其定制一種專用合金。第三是我們對(duì)熔覆應(yīng)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(yīng)用方面的研發(fā)工作。公司最近與南澳洲大學(xué)（UniSA）未來產(chǎn)業(yè)研究所合作，為采礦業(yè)開發(fā)高磨損壽命技術(shù)，這定將提升有關(guān)磨損機(jī)制和激光熔覆技術(shù)應(yīng)用的新認(rèn)知。澳大利亞采礦設(shè)備、技術(shù)和服務(wù)部門（METS）行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力十年計(jì)劃提出了一個(gè)提高其全球競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)展藍(lán)圖，尤為關(guān)注促進(jìn)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(dòng)。
“一旦加入行業(yè)協(xié)作或共同戰(zhàn)略合作，關(guān)系就將發(fā)生轉(zhuǎn)變，你不再只是一個(gè)供應(yīng)商，并且可能也不再只是一個(gè)主要供應(yīng)商，而是在共同從事開創(chuàng)性計(jì)劃，在參與合作，并且加入一個(gè)互利聯(lián)盟，”Morton表示，“它開啟了一個(gè)巨大的機(jī)會(huì)。這就是為什么我認(rèn)為澳大利亞政府的創(chuàng)新與科學(xué)部，以及南澳大利亞政府發(fā)展局，在促進(jìn)與支持我們的激光技術(shù)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(shù)許可
現(xiàn)在，LaserBond許可將其激光熔覆技術(shù)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(jù)客戶具體應(yīng)用并結(jié)合 4-10kW的光纖耦合二極管激光器，進(jìn)行激光熔覆單元的設(shè)計(jì)、構(gòu)建、安裝和調(diào)試。對(duì)于未來的工作，公司正在其位于阿德萊德的先進(jìn)制造與研究機(jī)構(gòu)內(nèi)安裝一個(gè)16kW的激光器單元。熔覆頭定位由一個(gè)六軸機(jī)器人負(fù)責(zé)，它是按照能在大覆蓋范圍內(nèi)保持高穩(wěn)定性和高控制能力的標(biāo)準(zhǔn)選擇的。該公司還設(shè)計(jì)并制造自己的多軸工件定位系統(tǒng)，適用負(fù)荷達(dá)20噸的零部件（FRONTIS），擺長(zhǎng)可達(dá)2-9米。
公司執(zhí)行董事Wayne Hooper對(duì)專有的粉末噴射噴嘴系統(tǒng)進(jìn)行了描述，“大型礦業(yè)部件的熔覆需要在高功率水平下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，某些項(xiàng)目甚至要在最高功率下運(yùn)行16小時(shí)。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(jìn)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(shè)置。這激勵(lì)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(xiàng)目，幫助提高磨損壽命。LaserBond負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)目，UniSA和全球鉆探設(shè)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(xué)相關(guān)的三年期合作，并使用相關(guān)技術(shù)來提高一系列磨損點(diǎn)，其中的很多都與礦業(yè)鉆探開采息息相關(guān)。
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(guān)系，尋求開發(fā)互利商業(yè)產(chǎn)品和服務(wù)。UniSA也已和LaserBond簽署合作研發(fā)協(xié)議，共同進(jìn)行耐磨與表面熔覆加工技術(shù)、系統(tǒng)、工藝和應(yīng)用的開發(fā)，服務(wù)資源、農(nóng)業(yè)和其它重工業(yè)等領(lǐng)域的研究工作。
LaserBond已與亞洲一家大型礦產(chǎn)加工設(shè)備制造與維修公司簽署了一項(xiàng)技術(shù)許可合同，初步涉及基于該公司具體應(yīng)用的激光熔覆單元的設(shè)計(jì)、建造、安裝和調(diào)試。“我們選擇的這家公司已展示了參與國(guó)際技術(shù)合作的能力，其在采礦設(shè)備市場(chǎng)占據(jù)著極大的份額，” Hooper指出，“這項(xiàng)合同體現(xiàn)了LaserBond所開發(fā)技術(shù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重大價(jià)值。我們將本協(xié)議視為一個(gè)起點(diǎn)。”
如前所述，LaserBond的新型DTH鉆錘的耐久性超過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)三倍以上，這是通過在南澳洲進(jìn)行的一次對(duì)比試驗(yàn)得出的結(jié)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(dú)家掌控下，這次獨(dú)立的對(duì)比試驗(yàn)在一個(gè)硬質(zhì)金屬巖石礦進(jìn)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(zhǎng)了305%，”Xtega總結(jié)道。其它好處包括機(jī)械可用性和效率的提高、更高的抗沖擊性和滲透率、現(xiàn)場(chǎng)和操作者安全性的改善、更少的停機(jī)更換時(shí)間，以及7.5%的成本降低。
通過將LaserBond激光熔覆技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)成部件，使一臺(tái)地下采煤機(jī)的磨損壽命達(dá)到原先的10倍。“如果沒有我們的關(guān)注，這些單元只能持續(xù)工作40-60小時(shí)，堅(jiān)硬的巖石內(nèi)含物就會(huì)磨穿水冷系統(tǒng)并導(dǎo)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(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)性能檢查后， Hooper解釋道。
未來會(huì)怎樣
2016年，LaserBond經(jīng)歷了商業(yè)上的成功，得益于其新產(chǎn)品研發(fā)和客戶拓展，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)出口銷售增長(zhǎng)了240%。Morton表示，“預(yù)計(jì)2017年該公司業(yè)績(jī)有望增長(zhǎng)30%，未來幾年，依托其投資的下一代先進(jìn)的激光熔覆技術(shù)單元，將憑借其適用于更廣泛產(chǎn)品的更高覆層性能，為OEM客戶開辟更多機(jī)遇。”
“關(guān)于未來沒有什么是絕對(duì)的，你要為自己設(shè)定可能達(dá)到的最高目標(biāo)，并努力令其成為現(xiàn)實(shí)，”Morton指出，“我們的戰(zhàn)略性國(guó)際關(guān)系正在供應(yīng)商端和客戶端不斷成長(zhǎng)。我們?yōu)槟切で笤趪?yán)苛條件下獲得高耐磨性能的公司提供定制服務(wù)。在戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系下，LaserBond總是表現(xiàn)超群。舉個(gè)例子，我們?yōu)橐患覈?guó)際公司定制設(shè)計(jì)出了一臺(tái)能制造10噸級(jí)破碎機(jī)壓輥的機(jī)器，并使其可實(shí)現(xiàn)翻新。
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