激光再制造技術及應用

田琰弋

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

關鍵詞：激光? 再創(chuàng)造? 技術? 應用

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

1? 激光再創(chuàng)造技術的構成

此項技術集合眾多先進技術，主要包括激光技術、CAD技術、數(shù)控技術以及機構設計技術等。激光再創(chuàng)造系統(tǒng)構成模塊多種多樣，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)造技術的過程中，應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)，當處于激光再制造狀態(tài)時，工作人員在質量方面評價已經(jīng)生成的熔覆層，進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，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，將其當作再制造毛坯，通過高新技術的應用，并且其主體為激光熔覆技術，由此進行批量修復，同時升級性能，最終得出激光再制造產品，這部分產品不管是技術性能還是質量均優(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。

此項技術最為突出的優(yōu)勢便是，可以利用先進激光熔覆技術制造出比基體材料性能更為優(yōu)質的覆層，確保其可以抵抗疲勞、預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，工作部件關鍵功能仍在于此，與本體材料相比，進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? 激光再制造技術存在的問題

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

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，二是半導體激光器，三是光纖激光器。

3.2 實時檢測與反饋控制技術

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。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，然后使用檢測結果對工藝參數(shù)進行實時閉環(huán)控制。

3.3? 熔覆粉末數(shù)據(jù)庫

目前，許多學者已經(jīng)研究了各個領域設備的失效原因和激光熔覆修復，并盡快對這些研究工作進行了分類，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? 激光再制造技術的應用

自激光再制造技術誕生以來，它已應用于冶金、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主要包括各種類型的軋輥、結晶器、熱切削刃和導向邊緣。通過何種方式應用激光再制造技術，基于熱軋輥表面，進行激光熔覆，可能出現(xiàn)一層硬度較高的鐵基，也可能是鎳基復合粉末，在世界范圍中這已經(jīng)成為一項廣泛關注的問題。

（2）航空行業(yè)。

在航空行業(yè)中所應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，當進行摩擦時出現(xiàn)粘著磨損，在應用以及維修發(fā)動機時，此為一項非常突出的難題，當處于惰性氣體環(huán)境中的時候，通過激光再制造技術的應用能夠得到質量較高的涂層，有利于燃氣渦輪發(fā)動機，為其零件修復提供重要幫助。

（3）汽車行業(yè)。

激光制造技術被普遍應用于汽車工業(yè)中，部分西方發(fā)達國家，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，不必進行調整的改進。

（4）石化行業(yè)。

石化行業(yè)的典型再制造產品有：大型柴油發(fā)動機轉子、發(fā)動機罩轉子、壓縮機轉子、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品有：大型電機轉子、渦輪轉子、軸流風機轉子等。

（6）機車行業(yè)。

在此行業(yè)中，激光再制造具有廣闊前景，所包含的內容多種多樣，比如高速火車輪轂激光強化及修復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，當出現(xiàn)磨損的時候，通過激光再制造技術的應用大體能夠得以修復，在此基礎上提升其整體性能，使其優(yōu)于新品，利用激光再制造技術進行修復的典型產品主要包括柴油機曲軸與增壓器轉子等。

5? 激光再制造技術發(fā)展前景

針對激光再制造技術而言，實質為一種綠色制造技術，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中占據(jù)至關重要的地位，是其必不可少的一部分。在基礎研究逐漸拓展與深入的過程中，不斷擴大此項技術的應用范圍。當前我國所擁有的設備資產達到幾億元，每一年由于腐蝕或是磨損導致的廢舊設備以及停產，共造成千億元損失，由此使該技術市場前景廣闊。

6? 結語

綜上所述，激光制造技術應運而生，并且呈現(xiàn)不斷發(fā)展的趨勢，對零部件修復十分有利，為其開拓全新道路。就激光再制造修復層而言，其優(yōu)勢鮮明，不僅具有非常細密的組織，而且在完成修復之后發(fā)生變形的概率較小。與此同時，將修復層與基體集為一體，可以避免脫落，具有較高耐磨性等。在熔覆合金粉末方面，對其進行科學合理選擇和應用，由此提高修復層所具備的機械性能等。

參考文獻

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

[2] 暢庚榕.再制造技術在煤炭機械行業(yè)的應用[J].西安文理學院學報：自然科學版，2018，21（2）：34-38.

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