船舶修理におけるレーザークラッディング技術の応用

出典: クラッディングエキスパート

はじめに: 船舶の長期運航中に、さまざまな要因により船舶の性能が徐々に低下することがよくあります。船舶の修理中に部品が損傷した場合、いかに迅速に修理し、高品質の動作を維持するかは、常に人々が解決しようと努めてきた技術的課題の 1 つです。

船上の多くの大型機器の部品が損傷すると、多くの場合、大きな経済的損失と損害が発生します。たとえば、発電機の主要部品であるローターシャフトは、動作精度が高く、速度も速いため、損傷すると、ユニット全体の出力の低下、さらには麻痺に直結します。安全のため、損傷した部品は通常は直接交換されますが、造船業界では部品が通常高価で発注サイクルが長いため、船舶の修理需要を満たすことができません。したがって、船舶修理業界は、安価で迅速かつ信頼性の高い新しい修理技術の開発という、解決すべき緊急の問題に直面しています。

一般的に使用されている従来の修理プロセスには、通常の電極表面処理、スプレー、電気メッキなどがあります。重要度の低い部品の場合、これらの従来のプロセスで問題を解決できますが、重要な部品の場合、これらの従来のプロセス方法では程度の差はありますが欠陥が生じます。例えば、クラッディングや電気溶接は変形が大きくなりやすく、重要度の低い部品にしか使用できません。また、溶射や電気メッキ法は変形は発生しませんが、修復可能な厚さが限られており、修復層と基材の結合強度が弱いため、高速、衝撃、高荷重のかかる状況では使用できません。

レーザークラッディングは、高エネルギーレーザービームを金属表面に照射し、急速な溶融、膨張、凝固、冷却を経て、特殊な物理的、化学的、または機械的特性を持つ材料の層を基材の表面にクラッディングし、新しい複合材料を形成して、本体の高性能の不足を補います。この複合材料は、両方の長所を十分に発揮し、お互いの欠点を補うことができます。ワークピースの作業条件要件に応じて、耐熱性、耐摩耗性、耐腐食性、耐酸化性、耐疲労性、または光学的、電気的、磁気的特性を備えた表面コーティングを施すことができます。

従来の修理で一般的に使用される表面処理、スプレー塗装、電気メッキと比較して、レーザークラッディングには次の利点があります。
1. クラッド層と基材は冶金的に溶接されており、緻密で接合強度が高く、剥がれにくい。
2. ワークピースの幾何学的寸法を変更または復元しながら、同期した表面強化を実現します。
3. 機能性材料は、ワークピースの表面特性をカスタマイズし、耐摩耗性、耐高温性、耐腐食性などの部品の表面特性を変更するために使用できます。
4. 修復部分の熱影響部と熱変形が小さく、ワークピースマトリックスの金属特性は変化しません。
5. 修復プロセスは機械によって自動的に制御され、ワークピースの品質を保証します。
6. 高い修復効率と短い工期
7. さまざまな材質のワークピースを修復できます。クラッド層の硬度は HRC20 ～ HRC60 の範囲で、使用要件に応じて選択できます。

レーザークラッディング補修技術によって生成される補修層は冶金結合であるため、緻密な構造を持ち、結合強度が高く、剥がれにくいため、徐々に船舶の最良の補修プロセスの1つになっています。レーザークラッディング補修技術の特徴と利点を組み合わせることで、船舶のさまざまな鋼、鋳鉄、ステンレス鋼部品の摩耗をレーザークラッディング技術で補修することができ、補修後の全体的な性能は新しいワークピースの性能と同等かそれ以上になります。レーザークラッディング補修技術は、これまで船舶修理業界の技術者を悩ませてきた補修問題を解決する上で、その独自性を発揮してきました。例えば、シャフトの補修では、レーザークラッディング補修技術は変形を0.01～0.02mm以内に制御でき、より大きなシャフトでは変形さえない場合があります。鋳鉄やステンレス鋼で作られたワークピースの補修でも、レーザークラッディング補修技術は大きな成果を上げ、亀裂も生じずに問題を解決できます。複雑な形状のワークピースの補修も正確かつ効率的に行うことができます。最も重要なことは、レーザークラッディング補修技術が幅広いクラッディング材料を使用していることです。基板と同様の材料を使用してサイズを補修するという目的を達成したり、より優れた性能を持つ合金材料を使用して表面改質という目的を達成したりできます。これらの問題は、従来の修復技術では解決が難しいことがよくあります。

新しいプロセスとして、独自の利点を備えたレーザークラッディング修復技術により、船舶修理業界の重要な部品の修復が可能になります。前述のように、レーザークラッディング補修技術のさまざまな特性により、レーザーは船舶修理業界で幅広い応用の見通しを持つことになります。レーザークラッディング技術が船舶修理業界に広く応用されれば、造船所と船主に多大な利益をもたらすでしょう。同時に、材料の消費とスクラップを節約し、損傷したワークピースの再製造と修理は国家産業発展政策に合致するため、社会的利益も大きく、積極的に推進して応用する価値があります。

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