1、激光再制造綜述摘要：激光再制造技術(shù)是重大機(jī)械裝備修復(fù)和性能提升的重要發(fā)展方向之一.本文介紹激光再制造國內(nèi)外現(xiàn)狀及其技術(shù)體系的組成特點(diǎn)，并列舉激光再制造機(jī)械設(shè)備的典型案例，指出在我國發(fā)展激光再制造技術(shù)的廣闊市場前景。關(guān)鍵詞：激光再制造；激光熔覆；修復(fù)1、引言由于當(dāng)前資源、能源日趨緊張、生態(tài)環(huán)境壓力不斷增加,大力發(fā)展工程機(jī)械再制造產(chǎn)業(yè)，不僅可以有效降低資源能源消耗、減少廢棄物排放，有利于轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)“開采冶煉制造廢棄的線性增長模式,發(fā)展成“資源產(chǎn)品廢棄物再生資源”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，也是貫徹國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（20062020年）明確指出的“綠色制造”的具體體現(xiàn)。再制造主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：汽

2、車零部件再制造和工程機(jī)械再制造.2、激光再制造國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀再制造以廢舊產(chǎn)品的零部件為毛坯，主要以先進(jìn)的表面工程技術(shù)為修復(fù)手段（即在損傷的零件表面制備一薄層耐磨、耐蝕、抗疲勞的表面涂層），因此無論是毛坯來源還是再制造過程，對能源和資源的需求、對廢物廢氣的排放都是極少的，具有很高的綠色度.再制造具有如下重要特征：再制造產(chǎn)品的質(zhì)量和性能達(dá)到或超過原型新品,成本不超過原型新品的50，節(jié)能60、節(jié)材70，對環(huán)境的不良影響顯著降低，有力促進(jìn)了資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的建設(shè).上述特征可概括為：“兩型社會、五六七”。20世紀(jì)90年代，美國從產(chǎn)業(yè)角度建立了3R體系（Reuse再利用、Recycle再循環(huán)、R

3、emanufacture再制造）；日本從環(huán)境保護(hù)的角度也建立了3R體系（Reduce減量化、Reuse再利用、Recycle再循環(huán)）。中國在總結(jié)世界各國經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地提出具有中國特色的(完整word版)激光再制造綜述4R體系(Reduce減量化、Reuse再利用、Recycle再循環(huán)、Remanufacture再制造).美國再制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模是全球最大的，達(dá)750億美元，其中汽車和工程機(jī)械等領(lǐng)域占三分之二以上，約500億美元。美國再制造產(chǎn)品的范圍覆蓋汽車零部件、機(jī)床、工程機(jī)械、鐵路裝備醫(yī)療設(shè)備及電子類產(chǎn)品。美國再制造運(yùn)作模式:獨(dú)立的再制造公司.原制造商投資或授權(quán)生產(chǎn)的再制造企業(yè)。如GE、C

4、aterpillar小型再制造工廠.例如美國NAPA納帕)公司美國大型再制造協(xié)會:APRA(automotivepartsremanufacturersassociation)汽車零部件再制造協(xié)會AERA(automotiveenginerebuildersassociation)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)修復(fù)協(xié)會TRI(theremanufacturinginstitute)國際再制造工業(yè)協(xié)會PERA(productiongengineremanufacturesassociation)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)再制造協(xié)會主要企業(yè)及其布局：1、美國汽車硏究理事會(USCAR)的支持下，通用、福特、戴克公司與美國能源部、阿貢

5、國家實(shí)驗(yàn)室簽定一項(xiàng)為期5年協(xié)議,內(nèi)容為在最大程度上節(jié)約成本，對報(bào)廢汽車進(jìn)行回收。2、通用汽車公司的土星部與田納西大學(xué)合作，開發(fā)一個(gè)汽車再制造軟件。3、Lucas和Jasper公司是美國專門從事汽車再制造工程最大的公司。4、美馳公司計(jì)劃將其加拿大米西索加再制造工廠的生產(chǎn)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移至美國,并準(zhǔn)備投資140萬美元對其印第安納州平原鎮(zhèn)工廠進(jìn)行升級。5、工程機(jī)械巨頭卡特彼勒在全國有9家再制造工廠，雇員2500多人，是全球最大的工程機(jī)械再制造商之一。在歐洲，德國、英國、法國的再制造業(yè)發(fā)展最為成熟,其主要特點(diǎn)是再制造行業(yè)的發(fā)展基本（完整word版）激光再制造綜述上是在制造企業(yè)和零部件生產(chǎn)企業(yè)的控制下發(fā)展.如V

6、olvo、德國大眾、法國雪鐵龍等。主要企業(yè)及其布局：1、英國ListerPetter再制造公司，他們每年為英、美軍方再制造3000多臺廢舊發(fā)動(dòng)機(jī)。2、歐洲也通過了支持再制造的相關(guān)法律法規(guī)，并且正在德國建設(shè)歐洲再制造技術(shù)中心。3、法國的標(biāo)致雪鐵龍公司聯(lián)合法國廢鋼鐵公司和維卡水泥公司，在里昴附近建立一個(gè)汽車再生工廠，雷諾公司同法國廢鋼鐵公司在阿蒂蒙建立了汽車報(bào)廢回收中心。日本加強(qiáng)了對工程機(jī)械的再制造，至2008年,再制造的工程機(jī)械中，58由日本國內(nèi)用戶使用，34出口到國外,其余的8%拆解后作為配件出售。至2004年，德國大眾汽車公司已再制造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)748萬臺，變速器240萬臺，公司銷售的再制造發(fā)

7、動(dòng)機(jī)及其配件和新機(jī)的比例達(dá)到9:1。主要企業(yè)布局：1、小松、日立建機(jī)等工程機(jī)械廠商，紛紛開設(shè)專業(yè)的工程機(jī)械再制造廠，或與其它的專業(yè)再生廠、再生件經(jīng)銷商建立聯(lián)營網(wǎng)絡(luò)，開展工程機(jī)械再制造經(jīng)營。2、日本JRC株式會社是日本最大的汽車零部件再制造企業(yè)，在東京和大阪地區(qū)有數(shù)家分支機(jī)構(gòu).2。2國內(nèi)現(xiàn)狀與西方發(fā)達(dá)的汽車零部件再制造工業(yè)相比,中國的再制造產(chǎn)業(yè)則剛剛興起，尚處于萌芽期。但可以肯定的講,中國的再制造有著非常巨大的發(fā)展前景。截至2010年底,汽車保有量雖已超過8500萬輛左右，未來幾年中國汽車工業(yè)的發(fā)展還將保持穩(wěn)健的發(fā)展。若保守地按年增長率10計(jì)算，到2016年國內(nèi)民用汽車保有量將超過2億輛，202

8、0年后,預(yù)計(jì)可達(dá)到峰值約3。5億到4億輛的規(guī)模。截至2007年底，我國工程機(jī)械行業(yè)共有生產(chǎn)企業(yè)及科研單位2000多家;固定資產(chǎn)凈值達(dá)到270億元;年銷售收入超過2200億元。由此，若按發(fā)達(dá)國家汽車保有量與再制造業(yè)的發(fā)展和比例來算，中國的再制造市場規(guī)模和（完整word版）激光再制造綜述前景將非常廣闊。2001年5月，總裝備部批準(zhǔn)立項(xiàng)建設(shè)我國首家再制造領(lǐng)域的國家級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室裝備再制造技術(shù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。2005年11月屆家發(fā)改委等6部委聯(lián)合頒布了“關(guān)于組織開展循環(huán)經(jīng)濟(jì)試點(diǎn)（第一批）工作的通知”，再制造被列為四個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域之一。2009年6月，工信部又批準(zhǔn)8個(gè)行業(yè)35家再制造試點(diǎn)企業(yè)。同時(shí)，相繼出

9、臺汽車零部件再制造試點(diǎn)管理辦法、再制造產(chǎn)品認(rèn)定實(shí)施指南、再制造產(chǎn)品認(rèn)定治理暫行方法等。2011年，全國人大審議通過的“十二五規(guī)劃綱要明確把“再制造產(chǎn)業(yè)化”作為循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重點(diǎn)工程之一。主要產(chǎn)業(yè)園區(qū)：1、湖南瀏陽制造產(chǎn)業(yè)基地德國博世集團(tuán)正式簽約,制造產(chǎn)業(yè)基地計(jì)劃在“十二五”期間，打造一個(gè)12平方公里的再制造聚集區(qū)，通過建設(shè)再制造倉儲物流中心、拆解清洗中心等十大核心公共平臺，全面打造全國示范性再制造產(chǎn)業(yè)基地。2、上海臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)建設(shè)國家機(jī)電產(chǎn)品再制造產(chǎn)業(yè)示范園.上海在“十二五規(guī)劃”期間,將繼續(xù)推進(jìn)再制造產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,2015年實(shí)現(xiàn)全市再制造產(chǎn)值50億元.3、張家港市新興產(chǎn)業(yè)培育的實(shí)施意見在張家港保稅港區(qū)

10、設(shè)立汽車零部件再制造產(chǎn)業(yè)園，規(guī)劃總面積約3。15平方公里，立足張家港,輻射華東地區(qū)，于2010年10月份開工建設(shè)總投資10億元、占地280畝的汽車零部件產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目并建立院士工作站。4、武漢工程機(jī)械再制造產(chǎn)業(yè)基地在東西湖區(qū)新溝鎮(zhèn)街掛牌成立.該基地位于東西湖區(qū)新溝鎮(zhèn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)園內(nèi)、107國道兩側(cè),規(guī)劃總占地面積6000畝。目前，基地有千里馬、泰天、湘楚天下、華誠等4家再制造企業(yè)開工運(yùn)行。5、浙江龍游中北實(shí)業(yè)有限公司、杭州博華激光科技有限公司和浙江龍游恒盛熱力有限公司負(fù)責(zé)人在龍游工業(yè)園區(qū)簽訂了再制造項(xiàng)目投資合作協(xié)議書，打造具有一定輻射能力的激光再制造中心.主要企業(yè)：2003年，南京小松機(jī)械更新制造

11、有限公司成立,對收購的二手車進(jìn)行整修,翻新制造出小松（完整word版）激光再制造綜述廠家認(rèn)定的二手工程機(jī)械，再進(jìn)行二手銷售。2004年，卡特彼勒全球最大的代理威斯特在天津成立威斯特機(jī)械設(shè)備有限公司，從事卡特彼勒機(jī)械設(shè)備及零配件的翻新、維修及銷售等項(xiàng)目.2008年，濰柴再制造有限公司成立濰柴主要對七大類機(jī)型和產(chǎn)品進(jìn)行再制造。東風(fēng)康明斯與美國康明斯就簽訂了再制造項(xiàng)目合作協(xié)議書，成立再制造基地等等。3、激光再制造技術(shù)研究1激光再制造技術(shù)體系激光再制造技術(shù)是裝備制造技術(shù)、材料科學(xué)技術(shù)、激光加工工藝技術(shù)等多種技術(shù)相結(jié)合而形成的有效的科學(xué)技術(shù)體系。具體構(gòu)成見圖1.圖1激光再制造技術(shù)體系構(gòu)激光再制造技術(shù)的核

12、心技術(shù)是激光熔覆技術(shù).它通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在材料表面形成與其為冶金結(jié)合的添料熔覆層，以改善工件表面性能.激光熔覆技術(shù)是一種新的表面改性技術(shù)，與傳統(tǒng)的噴焊或堆焊工藝相比,激光熔覆技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)4。1、激光束的能量密度高，只要注入較少的能量就可以完成激光熔覆.零件熱影響區(qū)小，變形小。2、激光熔覆層稀釋率低，且可以精確控制，熔覆層的成分與性能主要取決于熔覆材料的成分。3、激光熔覆層組織致密，微觀缺陷少，熔覆層與基材為冶金結(jié)合，強(qiáng)度高。（完整word版）激光再制造綜述4激光熔覆層的尺寸大小和位置可以精確控制,設(shè)計(jì)專門的導(dǎo)光系統(tǒng)，可對深

13、孔、內(nèi)孔、凹槽、盲孔等部位進(jìn)行激光處理。激光熔覆用的激光器一般為110kWCO2激光器，或0.52kWNd:YAG激光器。激光熔覆工藝包括：激光熔覆功率大小、光斑大小、掃描速度和搭接量等。在具體操作過程中，根據(jù)激光熔覆基材、激光熔覆合金粉末材料和激光熔覆零件的不同，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)募す馊鄹补に噮?shù)。具體工藝流程，如圖2所示。再制辭杵冊4寸SESSfatS1令一啣制適酗H啊古|慕統(tǒng)和曙性分折圖2機(jī)械設(shè)備激光再制造主要工藝流程圖3。2激光再制造工藝設(shè)計(jì)3.2。1光束模式激光光束模式對激光再制造裝備及零部件熔覆層的外觀和內(nèi)在質(zhì)量有明顯的影響。它可分為基模、低階模和多階模，如圖3所示。TEMojTEMmT

14、RIMmTE圖3不同的激光光束模式激光熔覆的內(nèi)在質(zhì)量主要體現(xiàn)在熔覆層內(nèi)合金成分的均勻性，它在光束能量分布均勻的前（完整word版）激光再制造綜述提下容易得到保證。實(shí)驗(yàn)證明:如果需要的激光能量密度不是很高，最好使用矩形光斑和寬帶送粉的方式，可以獲得均勻的光束能量;如果要求很高的激光能量密度，則需要采用多階模圓形光斑，這時(shí)就要考慮選擇合適的搭接率來彌補(bǔ)光束能量的不均勻?qū)Τ尚唾|(zhì)量的影響;如果采用固體Nd：YAG激光器，因?yàn)槠涔獠úㄩL僅為C02激光器的1/10，在加工金屬材料時(shí)對光束的吸收率較高，所以可以采用較低的激光功率。32。2送粉方式激光再制造的送粉工藝可分成兩類：一類是激光加工前添加熔覆材料即

15、粉末預(yù)置法；另一類是在激光再制造過程中逐步添加熔覆材料即同步送粉法。預(yù)置粉末最好采用微細(xì)粉末，特別是納米級粉末，粉末粒度太大容易造成氣孔等缺陷。同步送粉法是在激光照射基體的同時(shí)進(jìn)行同軸或側(cè)向送粉。分別就直接粉末鋪粉、側(cè)向送粉和同軸送粉對激光熔覆層的影響進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)。結(jié)果如圖4所示。圖4不同送粉方式下激光熔覆合金粉末試驗(yàn)試驗(yàn)表明:同軸送粉方式激光熔覆樣件的表面質(zhì)量最好，且后處理相對容易側(cè)向送粉因?yàn)榧す馐c粉末束不同軸，激光熔覆開始時(shí)的粉末利用率較低，隨著基材溫度的升高以及粉末的不斷堆積。3.2.3預(yù)熱處理預(yù)熱處理是指將基材整體或表面加熱到一定溫度,然后在熱的基材上進(jìn)行激光熔覆的一種處理工藝，其作

16、用就是防止基材的熱影響區(qū)發(fā)生馬氏體相變，從而導(dǎo)致的熔覆層裂紋的產(chǎn)生。圖5為沒有預(yù)熱情況下，采用工藝參數(shù)為激光功率P=4KW、掃描速度Vs二5mm/s、送（完整word版）激光再制造綜述粉速度V=9g/min、搭接率為50%、光斑直徑D=2.4mm時(shí)，制備的樣件截面照片和結(jié)合面顯微組織照片；圖6為預(yù)熱到480e時(shí)，采用工藝參數(shù)為激光功率P=1。8KW、掃描速度Vs=4mm/s、送粉速度Vp=9g/min、搭接率為46%、光斑直徑D=3mm時(shí)，制備的樣件截面照片和結(jié)合面顯微組織照片。對比兩圖可以看出，預(yù)熱后同一粉末的熔覆性能得到很大的提高。不僅生成熔覆層的功率密度得到較大幅度降低，而且熔覆層與基材

17、冶金結(jié)合較好，結(jié)合處沒有砂眼和裂紋的產(chǎn)生，熔覆層內(nèi)部也沒有明顯的缺陷。所以在實(shí)際激光再制造過程中，最好采取一定的預(yù)熱措施，以得到質(zhì)量和性能更好的熔覆層。圖5未預(yù)熱時(shí)XS130鎳基合金粉末熔覆銅基材截面形貌圖6預(yù)熱到480e時(shí)XS130鎳基合金粉末熔覆銅基材截面形貌3。2.4熔覆工藝設(shè)計(jì)在實(shí)際激光再制造過程中，由于熔覆基材熱導(dǎo)率和對激光反射率的不同，采用的激光熔覆工藝也不同.對于熱導(dǎo)率和激光反射率較高的基材，最好首先在經(jīng)過預(yù)處理的基材表面預(yù)置一層與基材冶金結(jié)合性良好的金屬粉末，然后進(jìn)行預(yù)熱處理和激光重熔，再通過自動(dòng)送粉的方式或預(yù)置鋪粉和自動(dòng)熔覆相結(jié)合的方式進(jìn)行激光加工，最后進(jìn)行后處理加工，如圖7

18、所示。（完整word版）激光再制造綜述圖7高熱導(dǎo)率或者高反射率基材激光熔覆工藝流程對于一般熱導(dǎo)率較差且反射率較低的基材，可以首先在經(jīng)過預(yù)處理的基材表面，預(yù)置-層能與基材冶金結(jié)合性良好的金屬粉末,然后進(jìn)行激光重熔，再通過自動(dòng)送粉的方式進(jìn)行激光熔覆加工；最后對成型件進(jìn)行后處理加工，如圖8所示.圖8低熱導(dǎo)率或者低反射率基材激光熔覆工藝流程3。25后處理（完整word版）激光再制造綜述激光熔覆的后處理包含緩冷處理和機(jī)械加工處理。激光熔覆后的緩冷是一種保溫處理,可以用于減少或消除熔覆層的殘余應(yīng)力,減少或消除熔覆層產(chǎn)生有害的熱影響。機(jī)械加工處理主要根據(jù)加工件熔覆層的材料,選擇合適的加工方式。4再制造的應(yīng)用

19、行業(yè)1、煙氣輪機(jī)是石化行業(yè)催化裂化裝置中重要的能量回收設(shè)備,煙氣輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸徑及推力盤、動(dòng)葉片及靜葉環(huán)、輪盤、氣封面和導(dǎo)流錐體都可實(shí)施激光再制造9。2、采用激光再制造技術(shù)對汽輪機(jī)的一些關(guān)鍵零部件，如主軸軸徑（現(xiàn)場可移動(dòng)式激光再制造）、動(dòng)葉片、汽封齒、推力盤、噴嘴、隔板、圍帶、缸體等進(jìn)行性能恢復(fù)和提升,可節(jié)約大量資金和原材料。3、鋼鐵生產(chǎn)過程中，熱軋機(jī)械設(shè)備的工況十分惡劣。特別是軋機(jī)工作過程中，軋輥通過軸承座對機(jī)架牌坊的沖擊大，軋制冷卻水遇到紅灼的鋼坯迅速霧化,夾帶著從鋼坯表面脫落的氧化鐵粉末向四周噴射.可采用激光再制造對軋機(jī)牌坊表面的防腐耐磨處理。5、總結(jié)激光再制造技術(shù)是符合國家循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的綠色制造技術(shù)，也是國家重點(diǎn)支持的高新技術(shù)之一。隨著基礎(chǔ)研究工作的不斷深入，激光再制造技術(shù)的應(yīng)用范圍也將不斷擴(kuò)大。我國有幾萬億元的設(shè)備資產(chǎn)，每年