激光熔覆工藝行業應用及發展前景

來源:激光制造商情cici    關鍵詞:激光熔覆, 電力行業, 航空航天,    發布時間:2020-03-13

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作者:《激光制造商情》cici


由于在工業、能源、軍工、機械相關制造廠以及再制造等領域,生產環境惡劣,使用負荷大,導致一些重要的金屬零部件腐蝕和磨損。為了延長昂貴的生產設備的使用壽命,必須給這些設備的金屬部分外表進行提前處理或修復,因此激光熔覆作為修復金屬表面改性技術應運而生。

 

那什么是激光熔覆技術呢?激光熔覆是指以不同的填料方式在被涂覆基體表面上放置選擇的涂層材料,經激光輻照使之和基體表面的薄層同時熔化,并快速凝固后形成稀釋度極低并與基體材料呈冶金結合的表面涂層,從而顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性等的工藝方法,從而達到了表面改性或修復的目的。

 

用通俗的話來講,熔覆就是為受損的備件進行“整容”,從而達到改頭換面、煥然如新的目的。如果要用三個詞語形容我們的熔覆水平,那么“壽命長、精度高、價格低”再合適不過。


相對于其他激光加工工藝來說,激光熔覆的工藝多樣性、延展性、適應性較其他工藝而言有著不可比擬的優勢,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,非常受市場歡迎。目前激光熔覆技術經過數十年的發展,應用十分廣泛,特別是在工業應用中,如在航空航天、石油、船舶、工程機械與核電等行業中得到了廣泛應用。


激光熔覆工藝應用廣泛

 

航空航天領域

在國內高校實現了大型鋁合金構建的激光熔覆形成,是目前激光熔覆技術最顯著的成就之一。航空發動機葉片的再制造存在巨大的市場,葉片材質種類比較多,技術含量較高,切修復之后的葉片在修復材料、探傷技術、壽命評估方面需要做大量的工作。這樣可以盡量避免后期維修需要花費巨額資金從國外采購新的零部件。

 

石油勘探領域

在石油化工行業,由于設備處于長期惡劣工作環境中,更容易使零部件產生嚴重腐蝕、劇烈磨損現象、會導致大型昂貴零部件徹底報廢,列如鉆鋌、無磁鉆鋌、扶正器及震擊器等大型零件。因此,在激光熔覆技術的再生產的功能下可以使這些零部件恢復原來的性能,并且加強了這些部件的使用壽命。

 

煤炭開采領域

在煤礦行業中,由于工作環境苛刻,對煤礦開采機械零部件的性能要求較高。液壓立柱的主要失效形式是鍍層的劃傷和鍍層剝落,將嚴重影響產品的性能和使用壽命,需要進行整體維修。鍍層采用高污染的電鍍工藝,而電鍍是我國逐漸要取締的傳統工藝之一。立柱防腐表面采用激光熔覆不銹鋼層工藝,激光熔覆液壓支架立柱是一種高端技術產品,有效提高了立柱的防腐蝕性能,延長了使用壽命。因此,采用激光熔覆技術進行液壓立柱的強化有很大市場,也是國家支持的環境友好、循環利用的高新技術,可替代傳統的電鍍工藝。

 

電力行業

電廠汽輪機轉子在告訴運轉條件下,轉子軸頸存在磨損問題,另外汽輪機末級、次末級葉片在長時間的高溫環境工作條件下常發生氣濁。汽輪機為大型裝備而不便于運輸,因此需要較高可靠性的激光原位修復技術。

 

隨著我國核電事業的快速發展,對作為核反應堆結構材料的要求越來越高。核電工業中的結構件由于其所處的工作環境和介質原因,會受到高溫、腐蝕、氧化等諸多不利影響,因此部分核心部件一直依賴國外進口。現階段我國核電工業發展駛入快車道,對核心部件國產化的要求越來越強烈。

 

激光熔覆技術面臨的挑戰

目前在中國激光熔覆領域里存在著這樣的情況,大學實驗室里不斷的實驗出新的工藝,卻沒有平臺實現真正的應用驗證。工廠、公司激光熔覆工藝更新換代慢,沒有尖端的科研力量做后盾。如此產、學、研的脫節,嚴重制約了我國激光熔覆業的發展。


 

激光熔覆的成本問題一直是制約其發展的一大關鍵因素。設備投入、研發投入、人員成本、粉末成本等。激光熔覆產品價格的居高不下與大部分的激光加工企業規模下,成本大,單件產品的加工成本高有很大的關系。一臺、兩臺的設備加工效率低下,遇到大批量的加工無法應對。十幾臺設備加工效率高了,但先期設備投入過大,以及在沒有工作量時設備大量閑置,這都不是一般企業能夠承受的。激光熔覆合金粉末的成本是除設備成本外的另一大成本支出,小規模的生產,粉末的制造、采購成本占到了產品成本中很大的一部分。只有大批量的采購使用,才能降低整體產品的成本。同時由于激光熔覆后的各類機械加工,實際熔覆層沒有最初熔覆時的厚度,因此提高后續機加工的精密度,降低初始熔覆層的厚度成為降低成本的必然。山東能源機械集團采購高速車床對熔覆產品進行加工,在不降低產品性能的前提下,有效的降低了熔覆層的厚度。同時落地粉、機加工車削屑還可回收再一次做成粉末,有效的降低了熔覆成本。

 

雖然激光熔覆有著很多的優點,也最終會成為主流工藝,但因為目前市場上的激光熔覆產品的價格還不能夠被大多數的客戶所接收,以及用戶對產品性能的懷疑,對激光熔覆立柱替代電鍍立柱產生了極大的阻礙。

 

激光熔覆技術前景與展望

 

激光熔覆技術是一項具有高科技含量的表面改性技術與裝備維修技術,它是集材料制備和表面構型為一體,是綠色再制造技術的重要支撐技術之一,符合國家可持續發展戰略的高新技術,其研究和發展具有重要的理論意義和經濟價值。

 

目前國內有中科中美激光、必盛激光、輝銳激光、中科煜宸激光、團結點金激光、瑞兆激光、沈陽大陸激光等都有研發激光熔覆技術,并且在技術研究上已經取得一定的成果,正處于逐步走向工業化應用的起步階段。隨著基礎研究工作的不斷深入,激光再制造技術的應用范圍也將不斷擴大。我國有幾萬億元的設備資產,每年因磨損和腐蝕而使設備停產、報廢所造成的損失都愈千億元,這為激光再制造技術帶來了廣闊的市場應用前景。

 

此外,激光熔覆還可以應用與鋼鐵冶金、汽車、工程機械、模具制造及船舶等其他行業,具有非常廣泛的應用前景。隨著“中國制造2025”發展規劃的不斷推進,激光熔覆技術必將為廣大工業用戶所接受,將產生巨大的經濟效益。

 

相關專業人士表示,激光熔覆技術的應用水平和規模暫時還不能適應市場的需求。需要解決工程應用中的關鍵技術,研究開發專用的合金粉末體系,卡法專用的粉末輸送裝置與技術,系統研究無損傷修復的工藝方法,建立質量保證和評價體系,加大力度,培養工程應用方面的額人才,相信在制造業市場競爭日趨激烈的今天,激光熔覆技術大有可為。

 



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