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行業報告丨激光熔覆工(gōng)藝行業應用及發展前景

作者:網站管理員(yuán)     發布時間:2020-08-17      浏覽次數:


由于在工(gōng)業、能源、軍工(gōng)、機械相關制造廠以及再制造等領域,生(shēng)産環境惡劣,使用負荷大(dà),導緻一(yī)些重要的金屬零部件腐蝕和磨損。爲了延長昂貴的生(shēng)産設備的使用壽命,必須給這些設備的金屬部分(fēn)外(wài)表進行提前處理或修複,因此激光熔覆作爲修複金屬表面改性技術應運而生(shēng)。

那什麽是激光熔覆技術呢?激光熔覆是指以不同的填料方式在被塗覆基體(tǐ)表面上放(fàng)置選擇的塗層材料,經激光輻照使之和基體(tǐ)表面的薄層同時熔化,并快速凝固後形成稀釋度極低并與基體(tǐ)材料呈冶金結合的表面塗層,從而顯著改善基體(tǐ)材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電(diàn)氣特性等的工(gōng)藝方法,從而達到了表面改性或修複的目的。

用通俗的話(huà)來講,熔覆就是爲受損的備件進行“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(wǒ)們的熔覆水平,那麽“壽命長、精度高、價格低”再合适不過。


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相對于其他激光加工(gōng)工(gōng)藝來說,激光熔覆的工(gōng)藝多樣性、延展性、适應性較其他工(gōng)藝而言有着不可比拟的優勢,激光熔覆技術既滿足了對材料表面特定性能的要求,又(yòu)節約了大(dà)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(fēn)廣泛,特别是在工(gōng)業應用中(zhōng),如在航空航天、石油、船舶、工(gōng)程機械與核電(diàn)等行業中(zhōng)得到了廣泛應用。


激光熔覆工(gōng)藝應用廣泛

01航空航天領域

在國内高校實現了大(dà)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(yī)。航空發動機葉片的再制造存在巨大(dà)的市場,葉片材質種類比較多,技術含量較高,切修複之後的葉片在修複材料、探傷技術、壽命評估方面需要做大(dà)量的工(gōng)作。這樣可以盡量避免後期維修需要花費(fèi)巨額資(zī)金從國外(wài)采購新的零部件。

02石油勘探領域

在石油化工(gōng)行業,由于設備處于長期惡劣工(gōng)作環境中(zhōng),更容易使零部件産生(shēng)嚴重腐蝕、劇烈磨損現象、會導緻大(dà)型昂貴零部件徹底報廢,列如鑽铤、無磁鑽铤、扶正器及震擊器等大(dà)型零件。因此,在激光熔覆技術的再生(shēng)産的功能下(xià)可以使這些零部件恢複原來的性能,并且加強了這些部件的使用壽命。

03煤炭開(kāi)采領域

在煤礦行業中(zhōng),由于工(gōng)作環境苛刻,對煤礦開(kāi)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,将嚴重影響産品的性能和使用壽命,需要進行整體(tǐ)維修。鍍層采用高污染的電(diàn)鍍工(gōng)藝,而電(diàn)鍍是我(wǒ)國逐漸要取締的傳統工(gōng)藝之一(yī)。立柱防腐表面采用激光熔覆不鏽鋼層工(gōng)藝,激光熔覆液壓支架立柱是一(yī)種高端技術産品,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(dà)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(diàn)鍍工(gōng)藝。

04電(diàn)力行業

電(diàn)廠汽輪機轉子在告訴運轉條件下(xià),轉子軸頸存在磨損問題,另外(wài)汽輪機末級、次末級葉片在長時間的高溫環境工(gōng)作條件下(xià)常發生(shēng)氣濁。汽輪機爲大(dà)型裝備而不便于運輸,因此需要較高可靠性的激光原位修複技術。


随着我(wǒ)國核電(diàn)事業的快速發展,對作爲核反應堆結構材料的要求越來越高。核電(diàn)工(gōng)業中(zhōng)的結構件由于其所處的工(gōng)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(fēn)核心部件一(yī)直依賴國外(wài)進口。現階段我(wǒ)國核電(diàn)工(gōng)業發展駛入快車(chē)道,對核心部件國産化的要求越來越強烈。


激光熔覆技術面臨的挑戰

目前在中(zhōng)國激光熔覆領域裏存在着這樣的情況,大(dà)學實驗室裏不斷的實驗出新的工(gōng)藝,卻沒有平台實現真正的應用驗證。工(gōng)廠、公司激光熔覆工(gōng)藝更新換代慢(màn),沒有尖端的科研力量做後盾。如此産、學、研的脫節,嚴重制約了我(wǒ)國激光熔覆業的發展。

激光熔覆的成本問題一(yī)直是制約其發展的一(yī)大(dà)關鍵因素。設備投入、研發投入、人員(yuán)成本、粉末成本等。激光熔覆産品價格的居高不下(xià)與大(dà)部分(fēn)的激光加工(gōng)企業規模下(xià),成本大(dà),單件産品的加工(gōng)成本高有很大(dà)的關系。一(yī)台、兩台的設備加工(gōng)效率低下(xià),遇到大(dà)批量的加工(gōng)無法應對。十幾台設備加工(gōng)效率高了,但先期設備投入過大(dà),以及在沒有工(gōng)作量時設備大(dà)量閑置,這都不是一(yī)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(wài)的另一(yī)大(dà)成本支出,小(xiǎo)規模的生(shēng)産,粉末的制造、采購成本占到了産品成本中(zhōng)很大(dà)的一(yī)部分(fēn)。隻有大(dà)批量的采購使用,才能降低整體(tǐ)産品的成本。同時由于激光熔覆後的各類機械加工(gōng),實際熔覆層沒有最初熔覆時的厚度,因此提高後續機加工(gōng)的精密度,降低初始熔覆層的厚度成爲降低成本的必然。山東能源機械集團采購高速車(chē)床對熔覆産品進行加工(gōng),在不降低産品性能的前提下(xià),有效的降低了熔覆層的厚度。同時落地粉、機加工(gōng)車(chē)削屑還可回收再一(yī)次做成粉末,有效的降低了熔覆成本。

雖然激光熔覆有着很多的優點,也最終會成爲主流工(gōng)藝,但因爲目前市場上的激光熔覆産品的價格還不能夠被大(dà)多數的客戶所接收,以及用戶對産品性能的懷疑,對激光熔覆立柱替代電(diàn)鍍立柱産生(shēng)了極大(dà)的阻礙。


激光熔覆技術前景與展望

激光熔覆技術是一(yī)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爲一(yī)體(tǐ),是綠色再制造技術的重要支撐技術之一(yī),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。

目前國内有中(zhōng)科中(zhōng)美激光、必盛激光、輝銳激光、中(zhōng)科煜宸激光、團結點金激光、瑞兆激光、沈陽大(dà)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(yī)定的成果,正處于逐步走向工(gōng)業化應用的起步階段。随着基礎研究工(gōng)作的不斷深入,激光再制造技術的應用範圍也将不斷擴大(dà)。我(wǒ)國有幾萬億元的設備資(zī)産,每年因磨損和腐蝕而使設備停産、報廢所造成的損失都愈千億元,這爲激光再制造技術帶來了廣闊的市場應用前景。

此外(wài),激光熔覆還可以應用與鋼鐵冶金、汽車(chē)、工(gōng)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。随着“中(zhōng)國制造2025”發展規劃的不斷推進,激光熔覆技術必将爲廣大(dà)工(gōng)業用戶所接受,将産生(shēng)巨大(dà)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适應市場的需求。需要解決工(gōng)程應用中(zhōng)的關鍵技術,研究開(kāi)發專用的合金粉末體(tǐ)系,卡法專用的粉末輸送裝置與技術,系統研究無損傷修複的工(gōng)藝方法,建立質量保證和評價體(tǐ)系,加大(dà)力度,培養工(gōng)程應用方面的額人才,相信在制造業市場競争日趨激烈的今天,激光熔覆技術大(dà)有可爲。