激光再制造技术及应用

田琰弋

摘   要：20世纪80年代，激光再创造技术应运而生，将激光熔覆技术与再创造技术集为一体，前者是其重要基础。此项技术主要以废旧装备及系统为对象，实施改造修复，尽可能将其恢复到原来的尺寸。在本文中，分析了激光再创造技术的构成、特征及其存在的问题，并且探究了它的应用与发展前景。

关键词：激光  再创造  技术  应用

中图分类号：F407.4                                 文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2019）05（b）-0080-02

1  激光再创造技术的构成

此项技术集合众多先进技术，主要包括激光技术、CAD技术、数控技术以及机构设计技术等。激光再创造系统构成模块多种多样，主要有激光器系统、过程检测系统、外光路传输系统等。在分析对零部件造成损坏的激光再创造技术的过程中，应该以损坏部位失效为出发点，以失效原因为依据，选用与之最为相符的熔覆材料以及工艺，在此基础上开展工艺试验，探寻在激光加工过程中最为优良的工艺参数，当处于激光再制造状态时，工作人员在质量方面评价已经生成的熔覆层，进一步以再制造部件为对象，评估其各个方面的参数和指标，主要包括安全性能、经济性、使用寿命与系统整体和谐度。

2  激光再制造技术特点

激光再制造的主要对象是使用价值缺乏的废旧或损伤零部件，将其当作再制造毛坯，通过高新技术的应用，并且其主体为激光熔覆技术，由此进行批量修复，同时升级性能，最终得出激光再制造产品，这部分产品不管是技术性能还是质量均优于新品，其特征与优势鲜明多样，主要包括节能、环保与高效等。

此项技术最为突出的优势便是，可以利用先进激光熔覆技术制造出比基体材料性能更为优质的覆层，确保其可以抵抗疲劳、预防辐射以及耐受高温等。覆层这一表面材料厚度范围较广，低至几十微米，高至十几毫米，相较于应用于部件制作过程中的整体材料，其面积与厚度都相对较小，即便如此，工作部件关键功能仍在于此，与本体材料相比，进一步提高工件耐高温与磨性以及抵抗腐蚀的性能，能够在很大程度上节约金属材料。

3  激光再制造技术存在的问题

不管是国内还是国外，在表面工程材料领域中，激光再制造技术均成为一项热点，而且其发展速度越来越快，不过仍旧存在部分关键问题，尚需进行全面、深入探究，并采取有效对策进行解决和处理。

3.1 激光再制造系统

现如今，我国所发明和研制的激光再制造系统缺乏稳定性，并且其光束质量有待提高。根据送粉器实际情况来看，其送粉精度尚需提高，而且送粉喷嘴具体送粉的均匀度有待增强，否则极易导致堵塞现象。另外，缺乏对三种新型激光再制造系统的研究，一是全固态激光器，二是半导体激光器，三是光纤激光器。

3.2 实时检测与反馈控制技术

激光再制造过程的实时检测和反馈控制系统与再制造零件的成形精度和材料特性直接相关。通过在激光再制造过程中实时监测熔池和熔覆层的厚度，然后使用检测结果对工艺参数进行实时闭环控制。

3.3  熔覆粉末数据库

目前，许多学者已经研究了各个领域设备的失效原因和激光熔覆修复，并尽快对这些研究工作进行了分类，以建立基于失效原因的熔覆层分类，重要的是给出每个包层和包层粉末数据库的性能要求。

3.4 研制激光再制造专用粉末材料

目前，激光再制造中使用的金属粉末是粉末冶金或热喷涂粉末材料，应根据激光熔覆工艺的特点开发出适合激光熔覆的特殊粉末。

3.5 开展移动式柔性激光再制造系统

现场维修无法移动且处于腐蚀，摩擦和磨损状态的大型设备，如大型火力发电站，水电站，核电站、船舶、军械、油田钻探、化学基地等正在紧急开展低成本移动柔性激光再制造系统的研究。

4  激光再制造技术的应用

自激光再制造技术诞生以来，它已应用于冶金、汽车、航空航天、石化、电力等行业。

（1）冶金行业。

冶金工业中的激光再制造技术主要包括各种类型的轧辊、结晶器、热切削刃和导向边缘。通过何种方式应用激光再制造技术，基于热轧辊表面，进行激光熔覆，可能出现一层硬度较高的铁基，也可能是镍基复合粉末，在世界范围中这已经成为一项广泛关注的问题。

（2）航空行业。

在航空行业中所应用的零部件价格高昂，经由激光再制造，能够与零件新品性能一致甚至超出超越它。比如说航空发动机，其中包括钛合金以及镍基合金，当进行摩擦时出现粘着磨损，在应用以及维修发动机时，此为一项非常突出的难题，当处于惰性气体环境中的时候，通过激光再制造技术的应用能够得到质量较高的涂层，有利于燃气涡轮发动机，为其零件修复提供重要帮助。

（3）汽车行业。

激光制造技术被普遍应用于汽车工业中，部分西方发达国家，基于汽车发动机气门座圈，实施表面涂覆操作，在表面出现耐磨以及耐热性能都比较强的硬度较大的合金涂层，所造成的热影响较小，发生变形的概率小，不必进行调整的改进。

（4）石化行业。

石化行業的典型再制造产品有：大型柴油发动机转子、发动机罩转子、压缩机转子、轴承箱、钻井泵轴、钻井泵缸套和阀杆。

（5）电力行业。

电力行业激光再制造的典型产品有：大型电机转子、涡轮转子、轴流风机转子等。

（6）机车行业。

在此行业中，激光再制造具有广阔前景，所包含的内容多种多样，比如高速火车轮毂激光强化及修复以及高速列车铁轨激光强化等。移动式激光再制造加工中心的发展，在机车行业中逐渐成为一项亟需解决的事项。

（7）船舶行业。

在船舶中，不同类型的零部件，当出现磨损的时候，通过激光再制造技术的应用大体能够得以修复，在此基础上提升其整体性能，使其优于新品，利用激光再制造技术进行修复的典型产品主要包括柴油机曲轴与增压器转子等。

5  激光再制造技术发展前景

针对激光再制造技术而言，实质为一种绿色制造技术，与国家可持续发展计划以及循环经济密切契合，同时在我国重点支持的多种高新技术中占据至关重要的地位，是其必不可少的一部分。在基础研究逐渐拓展与深入的过程中，不断扩大此项技术的应用范围。当前我国所拥有的设备资产达到几亿元，每一年由于腐蚀或是磨损导致的废旧设备以及停产，共造成千亿元损失，由此使该技术市场前景广阔。

6  结语

综上所述，激光制造技术应运而生，并且呈现不断发展的趋势，对零部件修复十分有利，为其开拓全新道路。就激光再制造修复层而言，其优势鲜明，不仅具有非常细密的组织，而且在完成修复之后发生变形的概率较小。与此同时，将修复层与基体集为一体，可以避免脱落，具有较高耐磨性等。在熔覆合金粉末方面，对其进行科学合理选择和应用，由此提高修复层所具备的机械性能等。

参考文献

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