首鋼金屬3D打印技術成功應用精軋機牌坊窗口面修復
時間：2020-03-21 14:16 來源：中國鋼鐵新聞網 作者：中國3D打印網 閱讀：次
近日，首鋼技術研究院金屬3D打印研發團隊和北京首鋼機電有限公司工程制造團隊聯合攻關，成功將金屬3D打印再制造技術應用于股份公司、京唐公司熱軋產線軋機牌坊窗口面修復工作，使設備使用壽命提高數倍，實現了該項技術在集團內部從實驗室研發到產業化應用的新突破。
作為工業4.0最受矚目的技術之一，金屬3D打印技術不僅可以直接打印制造復雜零部件，而且可以對零部件進行修復、改性，讓廢舊部件“重獲新生”，對制造業創新提升和綠色可持續發展具有重要意義，《中國制造2025》已將3D打印技術列入重點發展領域。目前，金屬3D打印技術在航空航天、軍工、醫療等高端制造領域已經有成功應用，在品質、效率、成本上體現出獨特優勢，但在鋼鐵領域的應用尚不多見，鋼鐵工業對成本、效率的苛刻要求和惡劣的服役環境是金屬3D打印技術面臨的主要挑戰。
此時，首鋼京唐公司提出了2250mm精軋機F3牌坊修復的需求，由技術研究院和機電公司組成的項目團隊立刻開始著手進行調研與準備工作。
傳統的軋機牌坊修復方法一般有兩種：一種是機械加工法，此法只是權宜之計，修復完成一段時間后牌坊表面又會受到腐蝕磨損而失效，而且多次機械加工去除將會對牌坊的強度和剛度產生不利影響；另一種是電弧堆焊法，此法一般極少采用，因為在剛性結構上進行大面積電弧堆焊，焊接殘余應力和開裂傾向可能會造成牌坊結構發生變形，帶來較大風險。而此時則充分顯現出金屬3D打印的優勢，采用這項新技術完全可以避免傳統修復方法的缺陷，而且整個修復過程可以對設備外形尺寸做到精準控制，更厲害的在于采用的專用粉末材料可以大大提高牌坊的耐腐性和耐磨性，年腐蝕磨損量在0.1mm以內，牌坊在線周期長達8—10年，使用壽命實現大幅倍增。
金屬3D打印再制造技術在牌坊修復上優勢明顯，但順利落地實施困難重重。這是該項技術第一次與產線關鍵裝備在線結合，而且由于基地現場生產任務繁重，修復的時間窗口只有96小時，在這96小時內要完成現場工程面加工、現場激光再制造、現場精加工、現場檢驗復核等一系列步驟。為確保一次成功，項目團隊用了6個月的時間將準備工作做到極致：在使用性能評估之上的材料選擇，在微觀分析基礎上的粉末供應商選擇，開展基于牌坊材質的再制造工藝窗口界定，反復多次的離線比例模型修復演練，預察可能出現的潛在問題并制定解決方案……反復琢磨、事無巨細的大量準備工作換來了精軋機F3牌坊窗口面在線修復的一次成功，而且比預定工期整整提前了16個小時完成竣工驗收，修復結果讓現場人員贊不絕口。
項目團隊總結經驗，協同配合，不斷提升修復效率，降低修復成本，后續在對股份公司2160mm和京唐公司1580mm等多架軋機牌坊窗口面的修復工作中屢次取得成功，該技術的應用為集團降本增效、提質升級提供了有力的創新支撐。
作為工業4.0最受矚目的技術之一，金屬3D打印技術不僅可以直接打印制造復雜零部件，而且可以對零部件進行修復、改性，讓廢舊部件“重獲新生”，對制造業創新提升和綠色可持續發展具有重要意義，《中國制造2025》已將3D打印技術列入重點發展領域。目前，金屬3D打印技術在航空航天、軍工、醫療等高端制造領域已經有成功應用，在品質、效率、成本上體現出獨特優勢，但在鋼鐵領域的應用尚不多見，鋼鐵工業對成本、效率的苛刻要求和惡劣的服役環境是金屬3D打印技術面臨的主要挑戰。
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針對鋼鐵工業關鍵設備再制造的潛在需求，首鋼技術研究院科研團隊對金屬3D打印再制造技術中的關鍵問題，如粉末粒度分布、顆粒形狀、材料性能，再制造過程的能量輸入、組織相變、應力分布，再制造過程的前處理和后處理技術等進行了系統的研究。實驗室研發進展順利，但實際應用起來效果如何尚待實踐檢驗。此時，首鋼京唐公司提出了2250mm精軋機F3牌坊修復的需求，由技術研究院和機電公司組成的項目團隊立刻開始著手進行調研與準備工作。
傳統的軋機牌坊修復方法一般有兩種：一種是機械加工法，此法只是權宜之計，修復完成一段時間后牌坊表面又會受到腐蝕磨損而失效，而且多次機械加工去除將會對牌坊的強度和剛度產生不利影響；另一種是電弧堆焊法，此法一般極少采用，因為在剛性結構上進行大面積電弧堆焊，焊接殘余應力和開裂傾向可能會造成牌坊結構發生變形，帶來較大風險。而此時則充分顯現出金屬3D打印的優勢，采用這項新技術完全可以避免傳統修復方法的缺陷，而且整個修復過程可以對設備外形尺寸做到精準控制，更厲害的在于采用的專用粉末材料可以大大提高牌坊的耐腐性和耐磨性，年腐蝕磨損量在0.1mm以內，牌坊在線周期長達8—10年，使用壽命實現大幅倍增。
金屬3D打印再制造技術在牌坊修復上優勢明顯，但順利落地實施困難重重。這是該項技術第一次與產線關鍵裝備在線結合，而且由于基地現場生產任務繁重，修復的時間窗口只有96小時，在這96小時內要完成現場工程面加工、現場激光再制造、現場精加工、現場檢驗復核等一系列步驟。為確保一次成功，項目團隊用了6個月的時間將準備工作做到極致：在使用性能評估之上的材料選擇，在微觀分析基礎上的粉末供應商選擇，開展基于牌坊材質的再制造工藝窗口界定，反復多次的離線比例模型修復演練，預察可能出現的潛在問題并制定解決方案……反復琢磨、事無巨細的大量準備工作換來了精軋機F3牌坊窗口面在線修復的一次成功，而且比預定工期整整提前了16個小時完成竣工驗收，修復結果讓現場人員贊不絕口。
項目團隊總結經驗，協同配合，不斷提升修復效率，降低修復成本，后續在對股份公司2160mm和京唐公司1580mm等多架軋機牌坊窗口面的修復工作中屢次取得成功，該技術的應用為集團降本增效、提質升級提供了有力的創新支撐。
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