再制造技术

再制造技术—激光再制造技术激光再制造概述激光再制造是指利用激光表面处理、激光烧结成形、激光焊接、激光切割、激光打孔等各种激光加工与处理技术对零部件进行再制造。机械设备激光再制造主要工艺流程图2020/3/10激光再制造技术是应用激光束对废旧零部件进行再制造处理的各种激光技术的统称。按激光束对零件材料作用结果的不同，激光再制造技术主要可分为两大类，即激光表面改性技术和激光加工成形技术。其中，激光表面改性技术主要包括激光清洗技术、激光淬火、激光表面熔凝、激光表面合金化、激光表面非晶化、激光熔覆、激光冲击等；激光加工成形技术主要包括激光切割、激光焊接、激光打孔、激光快速成形等技术手段。2020/3/10激光再制造技术的特点与优势•特点激光再制造是以丧失使用价值的损伤、废旧零部件作为再制造毛坯，利用以激光熔覆技术为主的高新技术对其进行批量化修复、性能升级，所获得的激光再制造产品在技术性能上和质量上都能达到甚至超过新品的水平，它具有优质、高效、节能、节材、环保的基本特点。2020/3/10激光再制造技术的最大优势是以先进的激光熔覆技术方法制备出优于基体材料性能的覆层，赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射等性能。激光再制造技术减少了装备制造时金属的冶炼和加工，可以减少大量的能源消耗和浪费。激光加工技术是一种非接触、无污染、低噪声、节省被加工材料的绿色加工技术。•实现无接触加工，对工件无直接冲击，因此基体无机械变形；•激光再制造成形和加工过程中，无“刀具”磨损；优势2020/3/10•激光束能量密度高，适用的材料体系广泛，可以对多种金属、非金属进行修复和加工，特别是可以加工高硬度和高熔点的材料；•激光束聚焦性好，可以实现零部件局部或选区再制造成形以及性能提升，并且热影响区域小，工件热变形小；•易于实现多种激光技术手段的复合应用，根据零件形状和性能特点实现激光复合再制造；•可以实现缺损零件选定区域的“近净成形”再制造，后续加工余量小；•激光束易于导向、聚焦、实现方向变换，易与数控系统和工业机器人配合，对复杂工件进行再制造和加工，因此，其工艺柔性好，是极为灵活的加工和修复方法；2020/3/10激光再制造的应用•冶金行业冶金行业的应用主要包括各类轧辊、结晶器、热剪刃和导刃等。如何用激光再制造技术在热轧辊表面激光熔覆一层高硬度铁基或者镍基复合粉末已成为国内外普遍关注的实际问题。•航空行业鉴于航空零部件材料昂贵,通过激光再制造可以达到甚至超越新造零件的性能。2020/3/10•汽车行业在汽车发动机的气门座圈上进行表面涂覆,熔覆表面平整,热影响区极小,不变形,无需校正。在汽车零件方面广泛应用于修复发动机曲轴、凸轮轴、气门和汽车传动轴、万向节接头等易损零件,采用喷涂磁化粉末并经激光熔覆工艺,零件表面的硬度,耐磨度,使用寿命都有显著提高。•石化行业石化行业的典型再制造产品有:大型柴油机转子、烟机转子、压缩机转子、轴承座、钻井泵轴、钻井泵缸套和阀杆等。•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、汽轮机转子、轴流风机转子、泵轴、鼓风机转子、电机锅炉炉管等。2020/3/10•机车行业机车行业的激光再制造市场前景很大,主要包括铁路行业大型柴油机曲轴的激光修复、高速列车铁轨激光强化、高速火车轮毂的激光强化和修复。•船舶行业船舶上的各类钢、铸铁、不锈钢零部件的磨损,利用激光再制造技术基本上都可以修复,修复后的整体性能可达到甚至超过新的工件,激光修复的典型产品有:柴油机曲轴、增压器转子、动力推进系统的艉轴衬套、柴油机缸套等。2020/3/10激光再制造技术现状•在多种激光再制造技术手段中，目前研究最多的是激光熔覆再制造技术。因此，激光再制造的主要任务还局限于对表面磨损、腐蚀、冲蚀、缺损等局部损伤及尺寸变化的零部件进行结构尺寸恢复，同时提高零部件服役性能。•激光熔覆再制造领域的研究，正在从技术手段、工艺设备系统、材料体系、应用基础理论以及激光再制造质量控制、激光再制造标准等多方面进行系统研究，并获得了快速发展。2020/3/10激光再制造研究与应用中存在的主要问题•“准入门槛值”较高激光再制造一般采用大功率激光器系统，设备系统成本较高，一次性投入较大。同时，激光再制造技术是多学科交叉领域，涉及材料学、材料加工、机械制造、设备维修、自动化等多学科的理论与技术，这在一定程度了限制了其普及推广，使得激光再制造领域的“准入门槛值”较高。•民众的认识不足工厂和设备使用与维修单位对激光再制造技术认识还不足。但是，随着国民教育素质不断提高和循环经济政策的不断落实，越来越多研究机构和企业从事激光再制造技术的研发和应用。2020/3/10•作业形式单一激光再制造还主要局限于表面缺损零部件的激光熔覆修复，只能解决部分修复零件，而且仅是修复概念上的工作。作业还主要局限于在车间或工厂进行，现场抢修较困难。另外，急需其他激光技术手段由制造领域逐步向再制造领域扩展。•成本较高，产量较小激光再制造生产成本较高，还主要针对贵重零部件和关键零部件进行再制造，但这些零部件价高量小。•缺乏现行的标准。目前，还没有公开的可以遵循的激光再制造标准。激光再制造领域急需制定通用标准和主要再制造产品的产品标准和技术标准。2020/3/10激光再制造发展趋势激光再制造是机械、材料、控制、光电子、物理等多学科交叉的新兴领域，也是随着循环经济发展和节能减排政策贯彻而正在迅速发展的新兴产业。•发展基于多种激光器系统的激光再制造技术。适合材料加工工业应用的大功率半导体激光器、光纤激光器和全固态器将在激光再制造领域发挥更重要作用。这些激光系统具有设备系统紧凑、性能可靠、能量化率高、适合现场应用等优点。2020/3/10•多种技术手段将在再制造领域综合应用随着再制造工程产业化发展，再制造生产逐步成为机械行业中实现节能减排和绿色环保指标的重要途径。激光清洗、激光冲击、激光焊接等技术将在激光再制造领域获得快速发展，从而将打破主要局限于激光熔覆或激光堆焊再制造的单一局面。•由表面表层修复向三维成形再制造方向发展激光三维快速再制造相关的理论和技术研究将成为新的研究热点和难点，基于金属直接三维成形技术的柔性操作激光再制造技术及其设备系统将获得快速发展和应用。2020/3/10•建立相关的激光再制造标准目前，中国国家标准局已经批准建立中国激光再制造技术标准委员会。制定激光再制造相关的标准和规范，将是今后一段时间内的激光再制造研究和应用的重要任务。结论激光再制造技术的出现与发展,为零部件的修复开辟了新的道路。激光再制造修复层组织细密,微观缺陷少零件修复后不会产生变形。同时,修复层与基体是冶金结合,不易脱落,显微硬度高,耐磨性强。通过合理选择熔覆合金粉末,修复层可获得比基体还要高的机械性能和力学性能等。激光再制造技术的上述独特优势正日益引起人们越来越广泛的关注,它的发展必将带来一场再制造业的革命。