激光再制造技術(shù)及應(yīng)用

田琰弋

摘? ?要：20世紀(jì)80年代，激光再創(chuàng)造技術(shù)應(yīng)運而生，將激光熔覆技術(shù)與再創(chuàng)造技術(shù)集為一體，前者是其重要基礎(chǔ)。此項技術(shù)主要以廢舊裝備及系統(tǒng)為對象，實施改造修復(fù)，盡可能將其恢復(fù)到原來的尺寸。在本文中，分析了激光再創(chuàng)造技術(shù)的構(gòu)成、特征及其存在的問題，并且探究了它的應(yīng)用與發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：激光? 再創(chuàng)造? 技術(shù)? 應(yīng)用

中圖分類號：F407.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）05（b）-0080-02

1? 激光再創(chuàng)造技術(shù)的構(gòu)成

此項技術(shù)集合眾多先進(jìn)技術(shù)，主要包括激光技術(shù)、CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)以及機構(gòu)設(shè)計技術(shù)等。激光再創(chuàng)造系統(tǒng)構(gòu)成模塊多種多樣，主要有激光器系統(tǒng)、過程檢測系統(tǒng)、外光路傳輸系統(tǒng)等。在分析對零部件造成損壞的激光再創(chuàng)造技術(shù)的過程中，應(yīng)該以損壞部位失效為出發(fā)點，以失效原因為依據(jù)，選用與之最為相符的熔覆材料以及工藝，在此基礎(chǔ)上開展工藝試驗，探尋在激光加工過程中最為優(yōu)良的工藝參數(shù)，當(dāng)處于激光再制造狀態(tài)時，工作人員在質(zhì)量方面評價已經(jīng)生成的熔覆層，進(jìn)一步以再制造部件為對象，評估其各個方面的參數(shù)和指標(biāo)，主要包括安全性能、經(jīng)濟性、使用壽命與系統(tǒng)整體和諧度。

2? 激光再制造技術(shù)特點

激光再制造的主要對象是使用價值缺乏的廢舊或損傷零部件，將其當(dāng)作再制造毛坯，通過高新技術(shù)的應(yīng)用，并且其主體為激光熔覆技術(shù)，由此進(jìn)行批量修復(fù)，同時升級性能，最終得出激光再制造產(chǎn)品，這部分產(chǎn)品不管是技術(shù)性能還是質(zhì)量均優(yōu)于新品，其特征與優(yōu)勢鮮明多樣，主要包括節(jié)能、環(huán)保與高效等。

此項技術(shù)最為突出的優(yōu)勢便是，可以利用先進(jìn)激光熔覆技術(shù)制造出比基體材料性能更為優(yōu)質(zhì)的覆層，確保其可以抵抗疲勞、預(yù)防輻射以及耐受高溫等。覆層這一表面材料厚度范圍較廣，低至幾十微米，高至十幾毫米，相較于應(yīng)用于部件制作過程中的整體材料，其面積與厚度都相對較小，即便如此，工作部件關(guān)鍵功能仍在于此，與本體材料相比，進(jìn)一步提高工件耐高溫與磨性以及抵抗腐蝕的性能，能夠在很大程度上節(jié)約金屬材料。

3? 激光再制造技術(shù)存在的問題

不管是國內(nèi)還是國外，在表面工程材料領(lǐng)域中，激光再制造技術(shù)均成為一項熱點，而且其發(fā)展速度越來越快，不過仍舊存在部分關(guān)鍵問題，尚需進(jìn)行全面、深入探究，并采取有效對策進(jìn)行解決和處理。

3.1 激光再制造系統(tǒng)

現(xiàn)如今，我國所發(fā)明和研制的激光再制造系統(tǒng)缺乏穩(wěn)定性，并且其光束質(zhì)量有待提高。根據(jù)送粉器實際情況來看，其送粉精度尚需提高，而且送粉噴嘴具體送粉的均勻度有待增強，否則極易導(dǎo)致堵塞現(xiàn)象。另外，缺乏對三種新型激光再制造系統(tǒng)的研究，一是全固態(tài)激光器，二是半導(dǎo)體激光器，三是光纖激光器。

3.2 實時檢測與反饋控制技術(shù)

激光再制造過程的實時檢測和反饋控制系統(tǒng)與再制造零件的成形精度和材料特性直接相關(guān)。通過在激光再制造過程中實時監(jiān)測熔池和熔覆層的厚度，然后使用檢測結(jié)果對工藝參數(shù)進(jìn)行實時閉環(huán)控制。

3.3? 熔覆粉末數(shù)據(jù)庫

目前，許多學(xué)者已經(jīng)研究了各個領(lǐng)域設(shè)備的失效原因和激光熔覆修復(fù)，并盡快對這些研究工作進(jìn)行了分類，以建立基于失效原因的熔覆層分類，重要的是給出每個包層和包層粉末數(shù)據(jù)庫的性能要求。

3.4 研制激光再制造專用粉末材料

目前，激光再制造中使用的金屬粉末是粉末冶金或熱噴涂粉末材料，應(yīng)根據(jù)激光熔覆工藝的特點開發(fā)出適合激光熔覆的特殊粉末。

3.5 開展移動式柔性激光再制造系統(tǒng)

現(xiàn)場維修無法移動且處于腐蝕，摩擦和磨損狀態(tài)的大型設(shè)備，如大型火力發(fā)電站，水電站，核電站、船舶、軍械、油田鉆探、化學(xué)基地等正在緊急開展低成本移動柔性激光再制造系統(tǒng)的研究。

4? 激光再制造技術(shù)的應(yīng)用

自激光再制造技術(shù)誕生以來，它已應(yīng)用于冶金、汽車、航空航天、石化、電力等行業(yè)。

（1）冶金行業(yè)。

冶金工業(yè)中的激光再制造技術(shù)主要包括各種類型的軋輥、結(jié)晶器、熱切削刃和導(dǎo)向邊緣。通過何種方式應(yīng)用激光再制造技術(shù)，基于熱軋輥表面，進(jìn)行激光熔覆，可能出現(xiàn)一層硬度較高的鐵基，也可能是鎳基復(fù)合粉末，在世界范圍中這已經(jīng)成為一項廣泛關(guān)注的問題。

（2）航空行業(yè)。

在航空行業(yè)中所應(yīng)用的零部件價格高昂，經(jīng)由激光再制造，能夠與零件新品性能一致甚至超出超越它。比如說航空發(fā)動機，其中包括鈦合金以及鎳基合金，當(dāng)進(jìn)行摩擦?xí)r出現(xiàn)粘著磨損，在應(yīng)用以及維修發(fā)動機時，此為一項非常突出的難題，當(dāng)處于惰性氣體環(huán)境中的時候，通過激光再制造技術(shù)的應(yīng)用能夠得到質(zhì)量較高的涂層，有利于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機，為其零件修復(fù)提供重要幫助。

（3）汽車行業(yè)。

激光制造技術(shù)被普遍應(yīng)用于汽車工業(yè)中，部分西方發(fā)達(dá)國家，基于汽車發(fā)動機氣門座圈，實施表面涂覆操作，在表面出現(xiàn)耐磨以及耐熱性能都比較強的硬度較大的合金涂層，所造成的熱影響較小，發(fā)生變形的概率小，不必進(jìn)行調(diào)整的改進(jìn)。

（4）石化行業(yè)。

石化行業(yè)的典型再制造產(chǎn)品有：大型柴油發(fā)動機轉(zhuǎn)子、發(fā)動機罩轉(zhuǎn)子、壓縮機轉(zhuǎn)子、軸承箱、鉆井泵軸、鉆井泵缸套和閥桿。

（5）電力行業(yè)。

電力行業(yè)激光再制造的典型產(chǎn)品有：大型電機轉(zhuǎn)子、渦輪轉(zhuǎn)子、軸流風(fēng)機轉(zhuǎn)子等。

（6）機車行業(yè)。

在此行業(yè)中，激光再制造具有廣闊前景，所包含的內(nèi)容多種多樣，比如高速火車輪轂激光強化及修復(fù)以及高速列車鐵軌激光強化等。移動式激光再制造加工中心的發(fā)展，在機車行業(yè)中逐漸成為一項亟需解決的事項。

（7）船舶行業(yè)。

在船舶中，不同類型的零部件，當(dāng)出現(xiàn)磨損的時候，通過激光再制造技術(shù)的應(yīng)用大體能夠得以修復(fù)，在此基礎(chǔ)上提升其整體性能，使其優(yōu)于新品，利用激光再制造技術(shù)進(jìn)行修復(fù)的典型產(chǎn)品主要包括柴油機曲軸與增壓器轉(zhuǎn)子等。

5? 激光再制造技術(shù)發(fā)展前景

針對激光再制造技術(shù)而言，實質(zhì)為一種綠色制造技術(shù)，與國家可持續(xù)發(fā)展計劃以及循環(huán)經(jīng)濟密切契合，同時在我國重點支持的多種高新技術(shù)中占據(jù)至關(guān)重要的地位，是其必不可少的一部分。在基礎(chǔ)研究逐漸拓展與深入的過程中，不斷擴大此項技術(shù)的應(yīng)用范圍。當(dāng)前我國所擁有的設(shè)備資產(chǎn)達(dá)到幾億元，每一年由于腐蝕或是磨損導(dǎo)致的廢舊設(shè)備以及停產(chǎn)，共造成千億元損失，由此使該技術(shù)市場前景廣闊。

6? 結(jié)語

綜上所述，激光制造技術(shù)應(yīng)運而生，并且呈現(xiàn)不斷發(fā)展的趨勢，對零部件修復(fù)十分有利，為其開拓全新道路。就激光再制造修復(fù)層而言，其優(yōu)勢鮮明，不僅具有非常細(xì)密的組織，而且在完成修復(fù)之后發(fā)生變形的概率較小。與此同時，將修復(fù)層與基體集為一體，可以避免脫落，具有較高耐磨性等。在熔覆合金粉末方面，對其進(jìn)行科學(xué)合理選擇和應(yīng)用，由此提高修復(fù)層所具備的機械性能等。

參考文獻(xiàn)

[1] 董景隆，高紅東，沈俊萍.激光再制造技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].礦山機械，2019，47（1）：1-6.

[2] 暢庚榕.再制造技術(shù)在煤炭機械行業(yè)的應(yīng)用[J].西安文理學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2018，21（2）：34-38.

[3] 提高黨建工作水平 促進(jìn)企業(yè)和諧發(fā)展——記河北瑞兆激光再制造技術(shù)有限公司總經(jīng)理韓宏升[J].黨史博采（紀(jì)實），2017（8）：65.