Рис. 1. Принципиальная схема лазера:
1 — отражающее зеркало; 2 — источник возбуждения; 3 — рабочее вещество; 4 — полупрозрачное зеркало; 5 — фокусирующая система.

В зависимости от характера рабочего вещества применяют два типа лазеров: твёрдотельные (импульсные) и газовые (непрерывного действия). В качестве первых используют некоторые типы кристаллов, полупроводников и т. д., а во вторых — газы, например, углекислый газ, азот, гелий.

Для восстановления деталей точных соединений, например, золотников, перепускных клапанов гидросистем с износами рабочих поверхностей до 2,0 мм используется лазерная наплавочная установка 01.03—165 «Ремдеталь». Она выполнена на базе лазерной установки ЛГН-702 и специального станка, с подвижной системой транспортировки и фокусировки лазерного луча.

Основные рабочие характеристики установки 01.03—165: мощность излучения до 0,8 кВт, суммарная потребляемая мощность не более 15 кВА. Расход воды не более 0,9 м3/ч. Рабочий диаметр луча 3 мм. Производительность до 12 см2/мин. Толщина наплавляемого слоя до 0,5 мм. Производительность до 80 деталей в смену. Габаритные размеры 8000×2500×1500 мм. Масса 3000 кг.

Технологический процесс лазерной наплавки заключается в следующем. Деталь сначала обезжиривают, после чего с помощью шпателя или погружением наносят специальную обмазку толщиной до 1,2 мм, состоящую из смеси металлических порошков с органическим клеем КМЦ (карбоксилметилцеллюлоза), являющегося связующим веществом. Для приготовления обмазки клей КМЦ растворяют в горячей воде в пропорции 1:1, затем в раствор добавляют самофлюсующиеся порошковые сплавы ПГ-СРЗ, СНГН-55 или чугунный порошок ФБХ-6-2 в соотношении но массе 8:1 и перемешивают до получения однородной массы. После нанесения на изделие обмазку сушат в воздушном потоке при комнатной температуре 3…4 мин и обрабатывают лазерным лучом. При этом нанесенный материал плавится без существенного оплавления подложки. При его остывании на поверхности образуется покрытие толщиной до 1,0 мм с высокими физико-механическими свойствами твердостью 59…63 HRC3. В нем отсутствуют поры и другие дефекты. Прочность сцепления на срез наплавленного слоя из порошка СНГН-55 с поверхностью детали (сталь 45) составляет в среднем 260 МПа. Износостойкость покрытия в 1,5…1,8 раза выше, чем у закаленной стали 45.

Лазерная обработка является одним из эффективных методов поверхности упрочнения, глубина которого достигает 0,2…0,5 мм. Твердость предварительно закаленных углеродистых сталей в результате лазерного упрочнения повышается до 65…67,5 HRC0, а у отожженных — до 60…62 HRC3.

Износостойкость наплавленных поверхностей в 1,5… 1,8 раза выше, чем у закаленной стали 45; а чугунных поверхностей по сравнению с неупрочненными в 6…8 раз (перлитный чугун) и 12…15 раз (ферритный ковкий чугун).

Ресурс восстановленных лазерной наплавкой перепускных клапанов и золотников гидросистем значительно выше, чем новых.

В настоящее время ВНПО «Ремдеталь» разработана технология лазерного упрочнения восстановленных наплавкой чугунных коленчатых валов двигателя 3M3-53 на установке ЛГН-702. Оптимальный режим обработки: мощность излучения 700…750 Вт, диаметр луча в зоне обработки 3,5…4,0 см/мин, частота вращения детали 4… v 4,5 мин-1.

По данным В. И. Черноиванова и др., износостойкость упрочненных шеек выше в 1,9…2,1 раза, чем не-упрочнснных. Экономический эффект лазерного упрочнения по сравнению с поверхностной закалкой с нагрева ТВЧ составляет 13 тыс. руб. при программе 3500 валов.

В ВНПО «Ремдеталь» также разработаны технологические процессы лазерного упрочнения таких деталей, как коробка дифференциала, тормозной барабан, различные валы, оси и т. д. Некоторые из них и в том числе технология восстановления деталей гидроаппаратуры лазерной наплавкой порошковыми материалами внедрены в производство. Перспективна лазерная порошковая наплавка для восстановления деталей с местными износами: кулачковые валы топливных насосов (износ кулачка), прецизионные детали топливной аппаратуры (износ опорного торца, крестовины, поверхности плунжера), распредвалов (износ кулачка) автотракторных двигателей и др.

Экономический эффект от внедрения лазерной установки с общей программой восстановления 15 тыс. деталей гидрораспределителей — около 40 тыс. руб. в год.