淺談超高速激光熔覆應用市場

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動力設備修復和改造

在冶金、石油、化工、電力、鐵路、船舶、礦山、航空等國民經濟支柱產業中使用著大量的渦輪轉動設備，例如：汽輪機、離心壓縮機、軸流風機、螺桿壓縮機、高爐透平發電TRT、煙氣輪機、發電機、往複式壓縮機、飛機發動機、地面燃機、水輪機、制氧機、水泵、柴油機、工業透平、增速機等等。特別是70年代末以來引進的大量進口渦輪轉動設備，經過長周期各種工況條件下服役，因腐蝕、磨損和疲勞等因素，所有設備均存在著使用中的損傷失效，有的則處在報廢或即將報廢狀態。而常規的技術和工藝方法不能，也不敢動及這些關鍵的、價值貴重的設備，稍有失誤將造成設備失效和破壞，從而帶來的是潛在的巨大的產值和經濟損失。

在鋼鐵冶金行業，轉動設備是提供能源和動力的載體。超高速激光熔覆技術既滿足了對材料表面特定性能的要求，又節約了大量的貴重元素。鋼鐵企業擁有的各種規格進口和國產的軸流壓縮機，單級、多級離心鼓風機、引風機、除塵風機、H型氧壓機、氮壓機、螺桿壓縮機、自備電廠的各種型號汽輪機、高爐能量回收使用的單級、雙級透平發電TRT機組、各種發電及電動機、大型水泵等渦輪動力設備。再製造工程技術為這些重大關鍵設備提供了安全可靠，質量保障，性能穩定提升的綜合技術。激光熔覆仿形技術和激光快速成形技術在這些關鍵設備和零部件修復及再造應用，又使再製造工程技術得到發展。

近兩年來，採用再造應用工程技術和激光熔覆技術及快速成形技術等高新技術為寶鋼、鞍鋼、本鋼、首鋼、武鋼、唐鋼、太鋼、攀鋼、包鋼等全國近95%鋼鐵企業修復和改造大量的渦輪轉動設備，特別是各種進口的關鍵機組。為各企業保障設備的正常有效運轉，提高了設備的使用壽命，延長了其服役周期。同時，也為鋼鐵行業各企業節約了大量維修費用，創造了可觀的經濟效益。

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零部件的修復和強化

鋼鐵企業鍊鋼、各種熱軋、冷軋生產線、鍍鋅線等生產過程中使用著大數量的高載荷、高轉速、高精度、高合金的承載設備，其零部件在生產工況環境下服役，產生腐蝕、磨損和疲勞損傷或失效報廢。而這些大量的設備零部件在鋼鐵生產中形成了大的生產消耗，佔據著非常大的生產成本和資源浪費。據初步估算，全國鋼鐵行業每年僅各種軋鋼生產線上的重要零部件消耗達100億元。傳統辦法主要是更換這些設備零部件，甚至因零部件無法使用報廢或者更換整機，必須儲備大量的備件，佔用巨額的資金和資源。同時，損傷失效和報廢的零部件或者整機基本上作為廢品處理，如此連鎖疊加造成的資源和資金浪費非常驚人。

激光熔覆技術、激光快速成形製造技術、激光納米合金化和表面強化技術等高科技技術的有效應用，為這類設備和零部件的修復再造開闢了一條嶄新的途徑。既能使失效或報廢設備及零部件「起死回生」，又可以使新品延長使用壽命，甚至可以達到多壽命周期的效果。例如：在冷、熱軋鋼各種生產線上使用的傳動接軸、叉頭、中間軸、傳動齒輪、萬向節、扁頭套、軋輥軸、飛剪、輥端軸套、卷取機彈簧座箱，減速機齒輪軸和殼體等等大量易磨損和疲勞零部件，經過激光仿形熔覆技術和快速成形技術修復後，使用性能恢復了原有新件的技術指標。而且，大部分又可以提高其使用壽命周期。有則，可以多次修復，達到多使用壽命周期的效果。

軋鋼生產線上的各種軋輥、輸送輥、支承輥、豎輥、導向輥、沉浮輥等輥軸類零部件，採用各種鍛合金鋼、鑄合金鋼、合金鑄鐵、球墨鑄鐵等不同材質製造。各種軋輥類件均使用在具有高溫、高變載荷、冷熱交變、腐蝕、磨損及疲勞工況條件下。據初步統計，全國鋼鐵企業每年各種軋輥消耗約80-100億元。採用激光納米陶瓷(原料:非金屬礦物)合金化和激光複合強化技術進行表面強化處理，提高了表面的強度、硬度、耐磨、熱穩定性和紅硬性及耐腐蝕、耐疲勞等性能指標，有效地提高軋輥的過鋼量。經多家鋼鐵企業應用，一般使軋輥等各種輥類使用周期可提高50%至數倍。

例如：軋制中厚鋼板和薄板的冷熱生產線上大量使用的支承輥，重量從30多噸至120多噸，支承輥分別由鑄鋼和鍛鋼製造。目前其中大型支承輥很多依賴進口。支承輥屬於被動輥，在其工作服役中承受複雜的應力作用。運行時其前方受擠，正下方受壓，後方受拉，深層受剪切應力作用。因此，支承輥在工作時，接觸點附近承受擠、壓、拉、切等交變載荷作用，輥身工作部位產生剝落，產生剝落的部位是輥身大受力部位。已經失效的小型支承輥傳統的維修方法是採用電弧堆焊。經此種方法修復後的支承輥使用性能和使用壽命都無法達到新輥的水平。大型支承輥目前採用常規的電弧堆焊方法還無法修復，只能做報廢處理。採用激光快速成形技術可以修復各種規格和材料製造的支承輥，可以根據各類型支承輥的材質和使用性能要求，設計和使用優於原輥身材質的激光快速成形用合金材料，使修復後支承輥身強度、耐磨性、耐腐蝕、耐疲勞性等指標和使用壽命均優於製造新支承輥。國內按目前每年產鋼4.7億噸計算，每年消耗支承輥約10億元。激光快速成形技術和再製造工程技術可以創造非常可觀的經濟效益及深遠的社會效益。

實踐證明，如果將軋輥表面進行激光淬火處理，其硬度可由原來的68HSD上升到78~82HSD，軋輥壽命也原來的8小時更換一次提高到24小時更換一次，僅此一項就可以降低鋼鐵企業軋輥消耗成本約50%，提高鋼鐵企業軋鋼產量5%~10%，這一效益根據軋鋼的規模不同效益在8000萬元到3億元之間。激光熔覆設備是指以不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的塗層材料經激光輻照使之和基體表面一薄層同時熔化，並快速凝固後形成稀釋度極低，與基體成冶金結合的表面塗層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法，從而達到表面改性或修復的目的，既滿足了對材料表面特定性能的要求，又節約了大量的貴重元素。

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汽車覆蓋件大型模具激光修復與強化

在汽車工業中，汽車覆蓋件如駕駛室、引擎蓋等部件都是通過衝壓成型的，而機械衝壓對模具的磨損和破壞性很大。模具一旦磨損，衝壓出來的產品質量就會下降，為此必須更換新的模具，從而造成模具的浪費和消耗很大，如何提高模具的使用壽命成為該類企業降低生產成本、提高經濟效益的重要途徑和方法。此前，由於該類模具比較大，進行熱處理比較困難。很多企業往往不進行熱處理或採用火焰法進行處理，效果往往很不理想。而受到技術條件的限制，激光熱處理方法在此類大型模具上也少有應用。

因此，激光熔覆技術的應用能大幅降低汽車覆蓋件的生產成本，提高產品質量，是汽車零配件生產企業的重要技術裝備。

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礦山機械零件的激光強化與修復

採掘機截齒

截齒是採掘機組上直接切割煤岩的關鍵零件，屬易損件。其失效方式主要是磨損失效，磨損失效的主要形式為截齒端部基體磨損，導致合金頭剝落。一般的國內普通截齒抗磨損性能較差和較短的使用壽命較短的特點，從而加大了井下作業的強度，降低了生產效率。因此，研製一種工藝先進、技術穩定，並能提高截齒端部的耐磨性，進而延長使用壽命的表面處理技術是十分必要的。

採用激光熔覆技術後，截齒平均顯微硬度為HV800，洛氏硬度為65HRC；激光合金化截齒的平均顯微硬度為HV1099，洛氏硬度為70HRC；激光淬火截齒的平均顯微硬度為HV750，洛氏硬度為62HRC。激光熔覆和合金化工藝塗層與基體為冶金結合，結合強度高。

實驗巷道203運輸巷為半煤岩巷道，硬度為5－6，斷面尺寸為9.8m2；1403迴風巷為半煤岩巷道，硬度為5－6，斷面尺寸為11 m2。激光熔覆截齒在203巷道掘進90米，後在1403巷道掘進60米，共開挖半煤岩1542m3。 表面合金化截齒在1403巷道掘進260米，開挖半煤岩2860 m3。普通截齒在這種煤岩層只可以掘進30-50米。

經試驗，激光強化截齒端頭表面硬度、耐磨度有明顯提高，截齒使用壽命顯著延長。與普通截齒相比，激光熔覆截齒壽命延長了3-4倍，表面合金化截齒壽命延長5-6倍。激光技術在截齒表面工程技術上的應用，是利用激光束能量高度集中、方向高度集中的特性，在大氣環境下進行無污染操作，在廉價金屬材料表面形成一層硬度高、無裂紋，且與基體呈冶金結合的高性能塗層，將金屬良好的堅韌性和塗層材料的高硬度、高化學穩定性、高耐磨性結合起來，創新了高性能塗層的生產工藝。應用抗磨損新型激光強化截齒，可以減少截齒更換檢修時間、提高生產效率，同時又能節約大量的資金，對於建設節約性社會有著廣泛而深遠的意義。

礦用大型液壓支架立柱

國內普通立柱是通過表面鍍烙方法，來實現表面防生鏽、防腐蝕，因為鍍烙層耐磨性差，其壽命為1-1.5年，鍍烙層會出現起皮、脫皮的現象，從而乳化液就會腐蝕立柱表面，影響液壓支架的使用效果。

通過激光強化處理後的立柱，其基體表面硬度達到HV410。激光技術在立柱表面工程技術上的應用，是利用激光束能量高度集中、方向高度集中的特性，在大氣環境下進行無污染操作，在廉價金屬材料表面形成一層硬度高、無裂紋，且與基體呈冶金結合的高性能塗層，將金屬良好的堅韌性和塗層材料的高硬度、高化學穩定性、高耐磨性結合起來，創新了高性能塗層的生產工藝。

新型激光強化不鏽鋼立柱使用壽命是國內立柱的5-6倍，具有技術先進、安全性能高、生產能力強等突出特點。應用新型激光強化不鏽鋼立柱，可以減少立柱更換檢修時間、提高生產效率，同時又能節約大量的資金，對於建設節約型社會有著廣泛而深遠的意義。

來源：中科中美

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