激光再制造技術(shù)作為一種先進的零部件修復和改造手段，其修復質(zhì)量直接關系到再制造產(chǎn)品的性能和使用壽命。在激光再制造過程中，由于涉及到復雜的激光與材料相互作用、修復材料的添加與融合等環(huán)節(jié)，可能會出現(xiàn)各種質(zhì)量問題，如氣孔、裂紋、未熔合、成分偏析等。因此，建立完善的質(zhì)量控制與檢測方法對于保證激光再制造技術(shù)的可靠性和有效性至關重要。本文將詳細探討激光再制造技術(shù)中的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)和常用的檢測方法。
零部件的預處理
在進行激光再制造之前，需要對零部件進行預處理，這是保證修復質(zhì)量的重要基礎。預處理包括對零部件的清洗、除油、除銹等操作，以去除表面的污垢、雜質(zhì)和氧化層，確保激光能夠有效地與零部件基體材料相互作用。例如，對于長期使用后表面油污嚴重的發(fā)動機缸體，采用合適的清洗劑進行徹底清洗，防止油污在激光修復過程中混入熔覆材料，影響熔覆層的質(zhì)量。同時，對于存在裂紋或缺陷的零部件，需要進行探傷檢查，確定缺陷的位置和程度，以便在修復過程中有針對性地處理。
修復材料的質(zhì)量控制
修復材料的質(zhì)量對激光再制造質(zhì)量有著關鍵影響。首先，要確保修復材料的純度和粒度符合要求。對于金屬粉末修復材料，純度越高，雜質(zhì)含量越少，越有利于獲得高質(zhì)量的熔覆層。粒度的大小影響粉末的流動性和熔化特性，需要根據(jù)激光再制造工藝和零部件的要求選擇合適的粒度范圍。例如，在激光熔覆修復小型精密零部件時，通常選擇較細的粉末粒度，以保證熔覆層的精度。其次，要對修復材料的成分進行嚴格檢測和控制，確保其成分均勻，符合設計要求。特別是對于合金粉末，成分的偏差可能導致熔覆層性能的變化。
激光設備的校準
激光設備是激光再制造技術(shù)的核心工具，其性能的穩(wěn)定和參數(shù)的準確對修復質(zhì)量至關重要。在修復前，需要對激光發(fā)生器進行校準，包括激光功率、波長、光束質(zhì)量等參數(shù)的檢測和調(diào)整。確保激光功率的穩(wěn)定性，因為功率的波動會影響材料的熔化效果，進而導致熔覆層質(zhì)量不穩(wěn)定。同時，對激光束的光斑尺寸、發(fā)散角等進行校準，保證激光束能夠準確地聚焦在修復區(qū)域，實現(xiàn)精確修復。此外，對于與激光設備配套的送粉系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)等也需要進行檢查和調(diào)試，保證其正常運行。
激光參數(shù)的實時監(jiān)控與調(diào)整
在激光再制造過程中，激光參數(shù)（如功率、掃描速度、脈沖頻率等）的變化會直接影響修復質(zhì)量。因此，需要對這些參數(shù)進行實時監(jiān)控。通過在激光設備上安裝功率傳感器、掃描速度監(jiān)測器等裝置，實時獲取激光參數(shù)的變化情況。一旦發(fā)現(xiàn)參數(shù)偏離設定值，及時進行調(diào)整。例如，當激光功率傳感器檢測到功率下降時，通過反饋控制系統(tǒng)自動調(diào)整激光發(fā)生器的功率輸出，保持修復過程中功率的穩(wěn)定。同時，根據(jù)零部件的修復情況和材料的熔化狀態(tài)，適時調(diào)整掃描速度和脈沖頻率等參數(shù)。例如，在修復復雜形狀零部件時，根據(jù)不同部位的曲率和厚度，動態(tài)調(diào)整掃描速度，以確保熔覆層的均勻性。
熔池狀態(tài)的監(jiān)測與控制
熔池是激光再制造過程中激光與材料相互作用的關鍵區(qū)域，熔池的狀態(tài)（如溫度、形狀、尺寸等）直接反映了修復質(zhì)量。采用先進的監(jiān)測技術(shù)，如高速攝像機、紅外熱像儀等，對熔池進行實時觀測。通過高速攝像機拍攝熔池的動態(tài)圖像，可以分析熔池的流動特性、熔覆材料與基體材料的融合情況。根據(jù)圖像分析結(jié)果，調(diào)整激光參數(shù)和送粉參數(shù)，保證熔覆材料在熔池中均勻分布和充分熔化。紅外熱像儀則可以測量熔池的溫度分布，防止溫度過高導致材料過度熔化、汽化或產(chǎn)生過大的熱應力。例如，在修復高溫合金零部件時，通過紅外熱像儀監(jiān)測熔池溫度，當溫度超過臨界值時，降低激光功率或加快掃描速度，使溫度回到正常范圍。
修復環(huán)境的控制
修復環(huán)境對激光再制造質(zhì)量也有一定影響。環(huán)境溫度、濕度、粉塵等因素可能影響激光設備的性能和修復材料的質(zhì)量。保持修復環(huán)境的溫度和濕度在合適的范圍內(nèi)，一般來說，溫度應控制在相對穩(wěn)定的區(qū)間，濕度不宜過高，以防止修復材料受潮或激光設備出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。同時，要盡量減少修復現(xiàn)場的粉塵，因為粉塵可能混入熔覆材料或附著在零部件表面，影響熔覆層的質(zhì)量。對于一些對環(huán)境要求較高的激光再制造工藝，如微納結(jié)構(gòu)修復或高精度零部件修復，可以在潔凈車間或具有特殊環(huán)境控制的工作室內(nèi)進行。
后處理工藝的執(zhí)行
修復后的零部件通常需要進行一些后處理工藝，以進一步提高修復質(zhì)量。后處理工藝包括熱處理、機械加工、表面處理等。熱處理可以消除修復過程中產(chǎn)生的殘余應力，改善熔覆層的組織和性能。例如，對激光熔覆修復后的金屬零部件進行回火處理，降低硬度，提高韌性。機械加工則是對修復后的零部件進行尺寸精度調(diào)整和表面光潔度處理。根據(jù)零部件的設計要求，采用車削、磨削等加工方法，使修復后的零部件符合尺寸和形狀公差要求。表面處理可以提高零部件的抗腐蝕性能和外觀質(zhì)量，如對修復后的零部件進行鍍鉻、鍍鋅等處理。
修復質(zhì)量的最終評估
在完成后處理工藝后，需要對修復后的零部件進行全面的質(zhì)量評估。評估內(nèi)容包括修復區(qū)域的尺寸精度、表面質(zhì)量、內(nèi)部缺陷、材料性能等方面。通過使用三坐標測量儀、表面粗糙度儀等儀器測量零部件的尺寸精度和表面粗糙度，確保其符合設計要求。采用無損檢測技術(shù)（如超聲檢測、射線檢測、磁粉檢測等）檢查修復區(qū)域內(nèi)部是否存在氣孔、裂紋、未熔合等缺陷。同時，對修復后的材料性能進行測試，包括硬度測試、拉伸測試、沖擊測試等，評估熔覆層與基體材料的結(jié)合強度和整體性能。只有當所有評估指標都滿足要求時，修復后的零部件才能投入使用。
超聲檢測
超聲檢測是利用超聲波在材料中的傳播特性來檢測零部件內(nèi)部缺陷的方法。在激光再制造的零部件檢測中，通過向零部件發(fā)射超聲波，當超聲波遇到缺陷（如氣孔、裂紋等）時，會產(chǎn)生反射、折射和散射等現(xiàn)象，通過接收和分析這些回波信號，可以確定缺陷的位置、大小和性質(zhì)。超聲檢測具有操作方便、對人體無害、檢測成本低等優(yōu)點，可用于檢測各種金屬和非金屬材料制成的零部件。例如，在檢測激光熔覆修復后的發(fā)動機葉片時，超聲檢測可以發(fā)現(xiàn)葉片內(nèi)部熔覆層與基體材料結(jié)合處的微小缺陷。
射線檢測
射線檢測是利用 X 射線、γ 射線等穿透材料的能力來檢測零部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方法。當射線穿過零部件時，由于缺陷部位與正常部位對射線的吸收程度不同，在感光膠片或數(shù)字探測器上會形成不同的影像，通過分析這些影像可以識別缺陷。射線檢測能夠直觀地顯示零部件內(nèi)部的缺陷情況，對于檢測內(nèi)部裂紋、氣孔等缺陷效果較好。但射線檢測需要使用放射性源，存在一定的安全隱患，且檢測成本相對較高。在激光再制造技術(shù)中，常用于對一些重要零部件（如航空發(fā)動機關鍵部件）修復后的質(zhì)量檢測。
磁粉檢測
磁粉檢測適用于檢測鐵磁性材料表面和近表面的缺陷。當對零部件進行磁化后，在表面或近表面有缺陷的地方，磁力線會發(fā)生畸變，吸附磁粉形成磁痕，通過觀察磁痕可以發(fā)現(xiàn)缺陷。磁粉檢測操作簡單、靈敏度高，可用于檢測激光再制造后的磁性材料零部件（如某些模具、機械零件等）表面和近表面的裂紋、夾雜物等缺陷。
金相分析
金相分析是通過對零部件的金相試樣進行制備和觀察，研究材料的微觀結(jié)構(gòu)和組織的方法。在激光再制造技術(shù)中，金相分析可以用于檢測熔覆層與基體材料的結(jié)合情況、熔覆層內(nèi)部的組織形態(tài)、晶粒大小等。通過金相顯微鏡觀察金相試樣的微觀結(jié)構(gòu)，可以判斷熔覆過程是否正常，是否存在未熔合、成分偏析、晶粒粗大等問題。金相分析需要在零部件上取樣，會對零部件造成一定的破壞，但它能夠提供非常詳細的材料微觀結(jié)構(gòu)信息，對于評估激光再制造質(zhì)量具有重要意義。
硬度測試
硬度測試是衡量材料硬度的一種方法，常用的硬度測試方法有洛氏硬度、布氏硬度、維氏硬度等。在激光再制造技術(shù)中，硬度測試可以用來評估熔覆層的硬度是否符合要求，以及熔覆層硬度在不同位置的分布情況。通過在熔覆層表面和橫截面上進行硬度測試，可以判斷熔覆層的質(zhì)量是否均勻，是否存在硬度異常區(qū)域。硬度測試操作相對簡單，但需要注意測試點的選擇和測試方法的正確使用，以確保測試結(jié)果的準確性。
