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超高速激光熔覆的发展前景

来源:振宗联盟 更新时间:2020-10-29 浏览量:260

高速激光熔覆:通过改变激光与粉末的作用过程,在熔池之上将粉末融熔或半融熔,将融熔或半融熔状态的液体流送入熔池内,从而实现熔覆效率和表面质量的提升,形成冶金结合的表面涂层。熔覆完的涂层表面可进行快速激光扫描,再次提高表面质量。
激光熔覆技术解决了传统电焊、氩弧焊等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。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。

激光熔覆践行绿色制造激光熔覆技术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。我国科学工作者在基础理论研究方面处在国际先进水平,为激光熔覆技术的发展做出了巨大的贡献。但另一方面,激光熔覆技术的应用水平和规模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,开发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。
在过去很长一段时间,激光再制造在全球激光学术界都受到很大关注,欧洲、美国、日本、俄罗斯等国家都有深入研究,并广泛用于航空航天、国防军工,以及民用产品上。


中国激光熔覆概况激光再制造的产业应用我国推广应用已有20多年。掌握激光熔覆技术的企业已经遍布山东、辽宁、江苏、湖北、广东、陕西、河北、河南等多个省市。由于激光再制造普遍用于石化、冶金、电力、铁路、机械、汽车、航空、船舶等重工业,因此目前主要应用是以长江以北地区较多,市场份额也是北方占据较多。

较早的应用可能是从中科院金属所、清华大学、江苏大学等科研单位承接社会产业需求,定制化地给解决方案。后来,一批企业陆续进入激光再制造,提供激光熔覆、激光表面硬化、激光淬火、激光冲击喷丸等工艺,为许多矿山机械、工程机械、石化等带来了极大的便利。


目前我国从事激光再制造的民用企业大约40-50家,规模大的已经数亿元,而小的则在千万元以下。全年我国激光再制造的产值超过25亿元,服务修复各个产业核心产品价值数百亿元,为我国减少了许多重要行业的损失。在军工方面的装甲军备、舰船等也有很多应用,目前难以统计。


超高速激光熔覆带来行业颠覆在激光切割、打标、焊接发展如火如荼,激光熔覆前景很好,但现实发展规模还很小。一个方面原因,是加工效率低。传统熔覆过程中熔覆线速度一般为600-1000mm/min,熔覆效率一般为0.15㎡/h。近年新出现的高速熔覆线速度可达20-150m/min,熔覆效率可达0.5-2㎡/h,整体加工效率为常规熔覆的3-5倍。

另一个原因是,激光熔覆以个性化单件加工为主,难以批量化。激光再制造或者说激光修复目前承接都是修理金属部件的作用,而这些金属部件磨损部位不同,常常都是要求单个加工,而且形状各异,对三维修复、夹具固定的设计要求也高。这一点上,二维激光钢板切割基本上一套设计通用。所以激光切割很容易实现批量化工作,而激光再制造很难批量化。
在2017年德国弗劳恩霍夫激光技术研究所(Fraunhofer ILT)和亚琛工业大学 (RWTH-Aachen)的研究者开发出一种超高速激光熔覆技术,德文称之为 EHLA。这是全球最早推出的超高速熔覆技术。
超高速激光熔覆技术的发明是增材技术发展历程中的革命性的一步,它解决了制约传统熔覆技术大规模推广的最大瓶颈-效率,从而也带来了成本的大幅度降低,未来将会极大刺激金属3D打印技术的产业化应用,具有里程碑的意义!

超高速激光熔覆技术极大地提升了加工效率,突破了原来传统熔覆的技术瓶颈,有利于激光熔覆未来在我国开拓更多的应用。

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