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激光熔覆工艺行业应用及发展前景

来源:激光制造商情cici2020-03-13 我要评论(0 )   

作者:《激光制造商情》cici由于在工业、能源、军工、机械相关制造厂以及再制造等领域,生产环境恶劣,使用负荷大,导致一些重要

作者:《激光制造商情》cici


由于在工业、能源、军工、机械相关制造厂以及再制造等领域,生产环境恶劣,使用负荷大,导致一些重要的金属零部件腐蚀和磨损。为了延长昂贵的生产设备的使用寿命,必须给这些设备的金属部分外表进行提前处理或修复,因此激光熔覆作为修复金属表面改性技术应运而生。

 

那什么是激光熔覆技术呢?激光熔覆是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料,经激光辐照使之和基体表面的薄层同时熔化,并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料呈冶金结合的表面涂层,从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的工艺方法,从而达到了表面改性或修复的目的。

 

用通俗的话来讲,熔覆就是为受损的备件进行“整容”,从而达到改头换面、焕然如新的目的。如果要用三个词语形容我们的熔覆水平,那么“寿命长、精度高、价格低”再合适不过。


相对于其他激光加工工艺来说,激光熔覆的工艺多样性、延展性、适应性较其他工艺而言有着不可比拟的优势,激光熔覆技术既满足了对材料表面特定性能的要求,又节约了大量的贵重元素,非常受市场欢迎。目前激光熔覆技术经过数十年的发展,应用十分广泛,特别是在工业应用中,如在航空航天、石油、船舶、工程机械与核电等行业中得到了广泛应用。


激光熔覆工艺应用广泛

 

航空航天领域

在国内高校实现了大型铝合金构建的激光熔覆形成,是目前激光熔覆技术最显著的成就之一。航空发动机叶片的再制造存在巨大的市场,叶片材质种类比较多,技术含量较高,切修复之后的叶片在修复材料、探伤技术、寿命评估方面需要做大量的工作。这样可以尽量避免后期维修需要花费巨额资金从国外采购新的零部件。

 

石油勘探领域

在石油化工行业,由于设备处于长期恶劣工作环境中,更容易使零部件产生严重腐蚀、剧烈磨损现象、会导致大型昂贵零部件彻底报废,列如钻铤、无磁钻铤、扶正器及震击器等大型零件。因此,在激光熔覆技术的再生产的功能下可以使这些零部件恢复原来的性能,并且加强了这些部件的使用寿命。

 

煤炭开采领域

在煤矿行业中,由于工作环境苛刻,对煤矿开采机械零部件的性能要求较高。液压立柱的主要失效形式是镀层的划伤和镀层剥落,将严重影响产品的性能和使用寿命,需要进行整体维修。镀层采用高污染的电镀工艺,而电镀是我国逐渐要取缔的传统工艺之一。立柱防腐表面采用激光熔覆不锈钢层工艺,激光熔覆液压支架立柱是一种高端技术产品,有效提高了立柱的防腐蚀性能,延长了使用寿命。因此,采用激光熔覆技术进行液压立柱的强化有很大市场,也是国家支持的环境友好、循环利用的高新技术,可替代传统的电镀工艺。

 

电力行业

电厂汽轮机转子在告诉运转条件下,转子轴颈存在磨损问题,另外汽轮机末级、次末级叶片在长时间的高温环境工作条件下常发生气浊。汽轮机为大型装备而不便于运输,因此需要较高可靠性的激光原位修复技术。

 

随着我国核电事业的快速发展,对作为核反应堆结构材料的要求越来越高。核电工业中的结构件由于其所处的工作环境和介质原因,会受到高温、腐蚀、氧化等诸多不利影响,因此部分核心部件一直依赖国外进口。现阶段我国核电工业发展驶入快车道,对核心部件国产化的要求越来越强烈。

 

激光熔覆技术面临的挑战

目前在中国激光熔覆领域里存在着这样的情况,大学实验室里不断的实验出新的工艺,却没有平台实现真正的应用验证。工厂、公司激光熔覆工艺更新换代慢,没有尖端的科研力量做后盾。如此产、学、研的脱节,严重制约了我国激光熔覆业的发展。


 

激光熔覆的成本问题一直是制约其发展的一大关键因素。设备投入、研发投入、人员成本、粉末成本等。激光熔覆产品价格的居高不下与大部分的激光加工企业规模下,成本大,单件产品的加工成本高有很大的关系。一台、两台的设备加工效率低下,遇到大批量的加工无法应对。十几台设备加工效率高了,但先期设备投入过大,以及在没有工作量时设备大量闲置,这都不是一般企业能够承受的。激光熔覆合金粉末的成本是除设备成本外的另一大成本支出,小规模的生产,粉末的制造、采购成本占到了产品成本中很大的一部分。只有大批量的采购使用,才能降低整体产品的成本。同时由于激光熔覆后的各类机械加工,实际熔覆层没有最初熔覆时的厚度,因此提高后续机加工的精密度,降低初始熔覆层的厚度成为降低成本的必然。山东能源机械集团采购高速车床对熔覆产品进行加工,在不降低产品性能的前提下,有效的降低了熔覆层的厚度。同时落地粉、机加工车削屑还可回收再一次做成粉末,有效的降低了熔覆成本。

 

虽然激光熔覆有着很多的优点,也最终会成为主流工艺,但因为目前市场上的激光熔覆产品的价格还不能够被大多数的客户所接收,以及用户对产品性能的怀疑,对激光熔覆立柱替代电镀立柱产生了极大的阻碍。

 

激光熔覆技术前景与展望

 

激光熔覆技术是一项具有高科技含量的表面改性技术与装备维修技术,它是集材料制备和表面构型为一体,是绿色再制造技术的重要支撑技术之一,符合国家可持续发展战略的高新技术,其研究和发展具有重要的理论意义和经济价值。

 

目前国内有中科中美激光、必盛激光、辉锐激光、中科煜宸激光、团结点金激光、瑞兆激光、沈阳大陆激光等都有研发激光熔覆技术,并且在技术研究上已经取得一定的成果,正处于逐步走向工业化应用的起步阶段。随着基础研究工作的不断深入,激光再制造技术的应用范围也将不断扩大。我国有几万亿元的设备资产,每年因磨损和腐蚀而使设备停产、报废所造成的损失都愈千亿元,这为激光再制造技术带来了广阔的市场应用前景。

 

此外,激光熔覆还可以应用与钢铁冶金、汽车、工程机械、模具制造及船舶等其他行业,具有非常广泛的应用前景。随着“中国制造2025”发展规划的不断推进,激光熔覆技术必将为广大工业用户所接受,将产生巨大的经济效益。

 

相关专业人士表示,激光熔覆技术的应用水平和规模暂时还不能适应市场的需求。需要解决工程应用中的关键技术,研究开发专用的合金粉末体系,卡法专用的粉末输送装置与技术,系统研究无损伤修复的工艺方法,建立质量保证和评价体系,加大力度,培养工程应用方面的额人才,相信在制造业市场竞争日趋激烈的今天,激光熔覆技术大有可为。

 



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激光熔覆电力行业航空航天

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