時間:2012-08-08 09:45來源:未知 作者:zhu_xiuqin 點擊: 160次
　　激光再制造技術(shù)是一種全新概念的先進修復(fù)技術(shù)，它集先進的激光熔覆加工工藝技術(shù)、激光熔覆材料技術(shù)和其他多種技術(shù)于一體，不僅可以使損傷的零部件恢復(fù)外形尺寸，還可以使其使用性能達(dá)到甚至超過新品的水平，是重大工程裝備修復(fù)新的發(fā)展方向。

　　1. 激光再制造技術(shù)體系
　　激光再制造技術(shù)是裝備制造技術(shù)、材料科學(xué)技術(shù)、激光加工工藝技術(shù)等多種技術(shù)相結(jié)合而形成的有效的科學(xué)技術(shù)體系。具體構(gòu)成見圖1。

圖 1 激光再制造技術(shù)體系構(gòu)成

　　激光再制造技術(shù)的核心技術(shù)是激光熔覆技術(shù)。它通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在材料表面形成與其為冶金結(jié)合的添料熔覆層，以改善工件表面性能。激光熔覆技術(shù)是一種新的表面改性技術(shù)，與傳統(tǒng)的噴焊或堆焊工藝相比，激光熔覆技術(shù)具有如下優(yōu)點。
　　(1) 激光束的能量密度高，只要注入較少的能量就可以完成激光熔覆。零件熱影響區(qū)小，變形小，因此適合強化或修復(fù)一些高精度零件或?qū)ψ冃我髧?yán)格的零件，如精軋輥的表面強化處理。
　　(2) 激光熔覆層稀釋率低，且可以精確控制，熔覆層的成分與性能主要取決于熔覆材料的成分。因此，可以采用各種性能優(yōu)良的材料對基材表面進行改性。特別是可以采用激光熔覆技術(shù)修復(fù)一些常規(guī)堆焊工藝無法實現(xiàn)的工件，如渦輪發(fā)動機葉片、軋輥的主軸、電機主軸等。
　　(3)激光熔覆層組織致密，微觀缺陷少，熔覆層與基材為冶金結(jié)合，強度高，因此可以用于一些重載條件下零件的表面強化與修復(fù)，如大型軋輥、大型齒輪、大型曲軸等。
　　(4)激光熔覆層的尺寸大小和位置可以精確控制，設(shè)計專門的導(dǎo)光系統(tǒng)，可對深孔、內(nèi)孔、凹槽、盲孔等部位進行激光處理。采用一些特殊的導(dǎo)光系統(tǒng)如寬帶掃描系統(tǒng)，可以使單道激光熔覆層寬度達(dá)到 20～30mm，每次熔覆的最大厚度可達(dá) 3mm 以上。通過多道搭接可以實現(xiàn)工件表面的大面積和大厚度激光熔覆，滿足不同形狀、尺寸的軋輥等典型易損件的激光表面強化與修復(fù)的要求。
　　激光熔覆用的激光器一般為1～10kWCO2激光器，或0.5～2kWNd：YAG激光器。
　　激光熔覆專用合金粉末的設(shè)計、選擇與正確使用是該項技術(shù)能否成功的關(guān)鍵。在選擇激光熔覆材料時，首先要考慮熔覆層與基材的熱膨脹系數(shù)差異，同時，要力求采用相對于基體材料具有適宜熔點的涂層材料。合金粉末不僅要與基材的性能接近，而且要能滿足熔覆件的使用性能要求。在實際應(yīng)用中，熔覆材料多選擇Co-Cr基、Ni-Cr基、Fe-Cr基合金粉末，并配以一定數(shù)量的陶瓷材料，如WC、TiC、Al2O3、VC、BN、ZrO2、SiC、B4C等，形成致密的超硬金屬陶瓷涂層，厚度可達(dá)0.1～10多mm。
　　激光熔覆工藝包括：激光熔覆功率大小、光斑大小、掃描速度和搭接量等。在具體操作過程中，根據(jù)激光熔覆基材、激光熔覆合金粉末材料和激光熔覆零件的不同，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)募す馊鄹补に噮?shù)。
　　激光熔覆技術(shù)結(jié)合強度計算與壽命評估技術(shù)、無損檢測與缺陷判斷技術(shù)、故障診斷與失效分析技術(shù)和行業(yè)機組技術(shù)才能順利完成重大裝備的激光再制造。具體工藝流程如圖2所示。

圖 2 機械設(shè)備激光再制造主要工藝流程圖

　　2. 激光再制造技術(shù)特點
　　激光再制造是以喪失使用價值的損傷、廢舊零部件作為再制造毛坯，利用以激光熔覆技術(shù)為主的高新技術(shù)對其進行批量化修復(fù)、性能升級，所獲得的激光再制造產(chǎn)品在技術(shù)性能上和質(zhì)量上都能達(dá)到甚至超過新品的水平，它具有優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保的基本特點。
　　激光再制造技術(shù)的最大優(yōu)勢是能以先進的激光熔覆技術(shù)方法制備出優(yōu)于基體材料性能的覆層，賦予零件耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射等性能。這層表面材料厚度從幾十微米到十幾毫米，與制作部件的整體材料相比，厚度薄、面積小，但卻承擔(dān)著工作部件的主要功能，使工件具有比本體材料更高的耐磨性、抗腐蝕性和耐高溫等能力，可大大節(jié)約貴重的金屬材料。激光再制造技術(shù)減少了裝備制造時金屬的冶煉和加工，可以減少大量的能源消耗和浪費。激光加工技術(shù)是一種非接觸、無污染、低噪聲、節(jié)省被加工材料的綠色加工技術(shù)。

　　3. 激光再制造技術(shù)的應(yīng)用
　　(1)煙氣輪機是石化行業(yè)催化裂化裝置中重要的能量回收設(shè)備，由于在高溫、粉塵和腐蝕的環(huán)境下工作，煙氣輪機頻繁發(fā)生故障，嚴(yán)重影響企業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)濟效益。在實際應(yīng)用中，煙氣輪機轉(zhuǎn)子軸徑及推力盤、動葉片及靜葉環(huán)、輪盤、氣封面和導(dǎo)流錐體都可實施激光再制造。
　　(2)汽輪機是火力發(fā)電廠的核心設(shè)備，由于汽輪機特殊的工作條件，導(dǎo)致每年都有大量的機組零部件損傷，采用激光再制造技術(shù)對汽輪機的一些關(guān)鍵零部件，如主軸軸徑(現(xiàn)場可移動式激光再制造)、動葉片、汽封齒、推力盤、噴嘴、隔板、圍帶、缸體等進行性能恢復(fù)和提升，可節(jié)約大量資金和原材料。
　　(3)現(xiàn)代燃?xì)廨啓C由壓氣機、燃燒室和透平組成，壓氣機和透平為高速旋轉(zhuǎn)的葉輪機械，是氣流能量與機械功之間相互轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件，由于其在高達(dá)1 300℃的高溫條件下工作，經(jīng)常會發(fā)生損傷。2007年3月，某公司從國外引進的Tornado型雙軸式地面燃機在運行中出現(xiàn)故障，生產(chǎn)受到嚴(yán)重威脅。停機后檢查發(fā)現(xiàn)，一、二級動葉部分葉片排氣邊撞擊缺口及磕痕、葉冠掉塊、葉盆或背部燒蝕、葉頂通氣冷卻孔燒蝕、部分葉片有裂紋，一、二級噴嘴大部葉片有燒蝕缺口裂紋，已無法使用。沈陽大陸激光技術(shù)有限公司采用激光再制造技術(shù)將其缺陷全部修復(fù)完好，恢復(fù)其使用性能，費用僅140萬元，還不到新機組價格的1/10。
　　(4)鋼鐵生產(chǎn)過程中，熱軋機械設(shè)備的工況十分惡劣。特別是軋機工作過程中，軋輥通過軸承座對機架牌坊的沖擊大，軋制冷卻水遇到紅灼的鋼坯迅速霧化，夾帶著從鋼坯表面脫落的氧化鐵粉末向四周噴射。受軋制的沖擊、冷卻水腐蝕和氧化粉塵等磨粒影響，軋機機架牌坊內(nèi)側(cè)窗口面、機架牌坊底面、外機架輥平面和內(nèi)機架輥安裝孔等均會出現(xiàn)不同程度的腐蝕磨損。2007年11月，沈陽大陸激光技術(shù)有限公司對寶鋼條鋼廠1#初軋線的軋機牌坊用雙激光器、雙機器人同時連續(xù)作業(yè)96h，現(xiàn)場完成了軋機牌坊表面的防腐耐磨處理。

　　4. 激光再制造技術(shù)發(fā)展前景展望
　　激光再制造技術(shù)是符合國家循環(huán)經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的綠色制造技術(shù)，也是國家重點支持的高新技術(shù)之一。隨著基礎(chǔ)研究工作的不斷深入，激光再制造技術(shù)的應(yīng)用范圍也將不斷擴大。我國有幾萬億元的設(shè)備資產(chǎn)，每年因磨損和腐蝕而使設(shè)備停產(chǎn)、報廢所造成的損失都愈千億元，這為激光再制造技術(shù)帶來了廣闊的市場應(yīng)用前景。