激光再制造技术

激光再制造技术

河北瑞兆激光再制造技术有限公司

成果主要创造人：韩宏升韩佳杰

成果参与创造人：张凯奕刘凯祥

河北瑞兆激光再制造技术有限公司成立于2006年6月，是一家采用激光熔覆技术修复大型汽轮机、制氧机、烟气轮机、氧化氮压缩机、高速轴流风机、高炉透平机、交、直流电机、大型轴类齿轮轧辊等转动设备及技术研发、精密设备修复和机械制造为一体的高新技术企业，并具备了能试验10000KW交、直流电机的试验站。公司主要设备包括：GS-TFL-6000CO2激光器、大型数控轧辊机床、50吨动平衡机、3米磨床、立车、铣床、刨床、钻床等。激光熔覆、激光修复技术解决了各种焊技术热加工过程中不可避免的热变形、热疲劳损伤等一系列技术难题，同时也解决了传统的电镀、喷涂等冷加工过程中覆层与基体结合强度差的矛盾。具有对被加工部位热影响区小、不产生变形、不改变基体组织、达到强化性能的优点。

河北瑞兆激光再制造技术有限公司利用激光熔覆技术对各类高炉透平机（TRT）和大型风机失效的转子及叶片进行修复及各种电机轴类等设备的修复，可以完全恢复原设计技术性能和使用周期寿命，近80%的设备可以提高使用周期寿命1—2倍。缩短了设备维修周期，提高了设备利用率。大大降低了企业成本，提高了企业生产效率和与同行业竞争的实力。实现了物资不断循环利用的经济发展模式，从而减少了资源的浪费。激光在制造工程的最大优势，是能够以先进成形技术方法制备出优于基体材料性能的熔覆层，如采用金属材料的表面强化处理、激光显微仿形熔覆等技术修复和强化零件表面，赋予零件耐高温，防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射等性能，这层表面材料厚度从几十微米到几毫米，与制作部件的整体材料相比，厚度薄、面积小，但却承担着工作部件的主要功能，使工件具有了比本体材料更高的耐磨性、抗腐蚀性和耐高温等能力。

由于我国没有形成废物利用的资源回收机制，造成了大量浪费。据统计，全国每年有500万吨废钢铁、20多万吨废有色金属、1400吨废纸及大量废塑料、废玻璃等没有回收利用。据专介绍，回收1吨废纸能生产0.8吨好纸，可以少砍17棵大树，节省3立方米的垃圾填埋场间还可以节约一半以上的造纸能源，减少35％的水污染。如果全国每年1400万吨废纸能够回收利用，就可以生产120万吨好纸，少砍2.38亿棵大树，节省4200万立方米的垃圾填埋场空间。如果全国每年500万吨废钢铁、20多万吨废有色金属及大量的废塑料、废玻璃等都能够回收利用，那又将可以节省多少资源，减少多少污染！

再制造是产品维修、报废阶段的一种再生处理，是用高技术对废旧装备修复、改造的产业化。再制造对象即可以是设备、系统、设施，也可以是零件。激光再制造是以丧失使用价值的损伤、废旧零部件作为再制造毛坯，利用以激光熔覆技术为主的高新技术对其进行批量修复、性能升级，所获得的激光再制造产品在技术性能上和质量上都能达到甚至超过新品的水平。

我公司响应党的号召坚持走可持续发展的道路，得到全公司的一致同意。可持续发展就是，既符合当代人类的需求，又不致损害后代人满足其需求能力的发展，是我们在注意经济增长的数量，同时要注意追求经济增长的质量。主要的标志是资源能够永远利用，保持良好的生态环境。

我们所修复的零部件通过再制造以激光熔覆为核心技术，通过材料选择、机械设计和加工、产品质量控制和检验等为手段，以最快的速度和最优的质量完成TRT零部件的再制造，再制造后的零部件使用性能达到母材的使用性能甚至超过母材，使再制造后的机组恢复新机的发电能力。

具体技术方案如下：

1、产品入厂检测

通过对设备的入厂检测，对各部位尺寸进行测绘确定修复项目。

2、对设备整体进行、拆解清洗

对需要再制造的零部件进行拆检、清洗、烘干。去除表面的积灰和污渍。

3、选择激光再制造的合金粉末

通过对再制造零部件的成分分析和性能分析，确定零部件的材质和热处理状态，从而合理的选择合金粉末我们所使用的激光熔覆技术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一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料成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、抗氧化及电器特性等的工艺方法。

应用于激光熔覆的激光器主要有CO2激光器和固体激光器（主要包括碟片激光器，光纤激光器和二极管激光器，老式灯泵浦激光器由于光电转化效率低，维护繁琐等问题已逐渐淡出市场）。对于连续CO2激光熔覆，我公司的工作人员已做了大量研究.采用CO2激光进行铝合金激光熔覆，铝合金基体在CO2激光辐照条件下容易变形，甚至塌陷。固体激光器，特别是碟片激光器输出波长为1.06μm，较CO2激光波长小1个数量级，因而更适合此类金属的激光熔覆。

激光熔覆按送粉工艺的不同可分为两类：粉末预置法和同步送粉法。两种方法效果相似，同步送粉法具有易实现自动化控制，激光能量吸收率高，无内部气孔，尤其熔覆金属陶瓷，可以显著提高熔覆层的抗开裂性能，使硬质陶瓷相可以在熔覆层内均匀分布等优点。

1、激光熔覆独有以下特点：

（1）冷却速度快（高达106K/s），属于快速凝固过程，容易得到细晶组织或产生平衡态所无法得到的新相，如非稳相、非晶态等。

（2）涂层稀释率低（一般小于5%），与基体呈牢固的冶金结合或界面扩散结合，通过对激光工艺参数的调整，可以获得低稀释率的良好涂层，并且涂层成分和稀释度可控；

（3）热输入和畸变较小，尤其是采用高功率密度快速熔覆时，变形可降低到零件的装配公差内。

（4）粉末选择几乎没有任何限制，特别是在低熔点金属表面熔敷高熔点合金；

（5）熔覆层的厚度范围大，单道送粉一次涂覆厚度在0.2~2.0mm，

（6）能进行选区熔敷，材料消耗少，具有卓越的性能价格比；

（7）光束瞄准可以使难以接近的区域熔敷；

（8）工艺过程易于实现自动化。

4、零部件的激光再制造

将需要激光再制造的装夹到激光器上，选择合理的激光器参数如功率、光斑直径、扫描速度、送粉量等。

5、再制造后的仿形加工

根据零部件的尺寸合理选择机加工设备对其进行仿形加工，利用数控车床、加工中心等设备根据图纸要求恢复其本身的尺寸

6、整体回装检测

对再制造后的产品进行理化分析和性能检测保证产品的质量达到或超过原有的技术要求，利用各种工装、胎具对设备进行整体回装，然后对其运转间隙、各部位跳动尺寸等参数进行检测，保证设备正常运转。

TRT全称是高炉煤气余压透平发电机，作用是高炉回收煤气并发电，工作原理：是通过高炉的高压并带有预热的煤气在透平主机膨胀做功，透平膨胀机与减压阀组并联还具有减压功能，是不消耗任何能源的发电系统。

其中我们所修复的TRT就是一个很好地例子。TRT为钢铁厂高炉调压和发电的主要装置，在钢铁厂有着举足轻重的地位。一台普通的TRT机组月发电量能达到2000000-3500000KW/h，如果用标煤发电一个月需要700-1200t标煤才能等同于一台TRT机组的电。但由于TRT长时间在煤气介质内工作，介质中含有大量腐蚀性气体和粉尘颗粒，并且转子以3000rad/min的速度高速运转，TRT的动静叶片、转子轮毂、承缸等部件极易磨损失效，磨损后发电量会下降10-20%。如果零部件损坏失效就必须停机返厂更换零部件，工期大概2-6个月。所以我们采用一种激光熔覆的再制造方法能够快速、有效修复磨损零部件，在20天之内恢复机组的发电能力，节约大量的能源同时创造极大的经济效益。