南京中科煜宸研究院副院長孫中剛：激光再制造技術在工業(yè)領域的典型應用

2020年8月20日-21日，中國增材制造產業(yè)發(fā)展蕪湖（繁昌）高峰論壇暨2020年中國增材制造產業(yè)年會在安徽蕪湖市舉行,，此次年會由工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)發(fā)展中心、安徽省經濟和信息化廳,、蕪湖市人民政府指導,，中國增材制造產業(yè)聯盟主辦,，繁昌縣人民政府協(xié)辦，南極熊作為支持媒體對本次會議進行了直播,。

△南京中科煜宸激光技術有限公司研究院副院長  孫中剛

在“產業(yè)化推廣論壇”上,，南京中科煜宸激光技術有限公司研究院副院長  孫中剛做了《激光再制造技術在工業(yè)領域的典型應用》演講，下面是現場速記,。
△視頻：孫中剛《激光再制造技術在工業(yè)領域的典型應用》

孫中剛：非常榮幸給大家分享中科煜宸在激光再制造領域的研發(fā)成果,。前面姚教授已經把激光再制造很多原理性的東西給大家講得非常多，我從幾個簡單方面給大家介紹一下,。

我的報告內容分為五部分：首先是激光再制造技術作簡單回顧,。第二個是對激光再制造裝備比如近幾年來中科煜宸圍繞裝備所做的工作，因為姚教授他們主要是從機理,、再制造過程的控制以及冶金質量提升的原理和基本方式上做了很多工作,，中科煜宸這幾年最主要的關注點還是在激光再制造的裝備開發(fā)。第三個內容是激光再制造過程中目前有哪些核心的關鍵技術值得我們關注的,。第四個就是我們在這些領域應用的典型案例,。最后再給大家簡單匯報中科煜宸的簡單情況。

激光再制造技術原理已經講得很清楚,，實際上就是對工作現場很多廢舊的零件特別是高附加值的零件的修復,，使得它的價值得到進一步利用，激光再制造和修復使它重復煥發(fā)生命,。零件通過再制造后不僅節(jié)約很多的重新制造過程所花費的時間,，同時讓我們的產品生命力變得更強。所以單純從再制造和制造的角度來講,，我們通過再制造技術可以大大減少在零件重復再制造一次所需成本,。從再制造和重新制造的成本對比，可以看到再制造可以起到非常重要的作用,。

激光再制造技術有一個激光熔覆,，是目前我們用它進行激光再制造的關鍵和重要技術。這個技術主要是利用激光作為光源,，將不同的材料熔覆到基體材料上,，使得我們的產品性能進一步得到提升。通過激光再制造的過程,，可以使修復之后的材料與基體之間進行有機結合,，也可以顯著提高材料表面的耐磨性和耐熱性、耐腐蝕性等相關性能,。

這個是再制造過程和激光熔覆的基本原理,，在整個制造過程中受到激光加熱的作用、激光沖擊以及激光能量的提升以及在再制造過程中的熔化和凝固的全流程的冶金過程,，非常復雜,。

激光熔覆的技術和傳統(tǒng)的技術相比,，它有這些優(yōu)點，結合強度可以不低于原材料的90%以上,，熱影響區(qū)非常小,。還有在激光熔覆的過程中加熱溫度相對比較低，導致基體過程變形比傳統(tǒng)的要小很多,，其他還有一些組織的特征,，這里也不做詳細講解，前面已經講過一些,。

這幅圖是傳統(tǒng)的電鍍,、刷鍍的綜合性能對比，激光熔覆之后帶來的界面結合的強度非常高,，同時耐腐蝕性,、耐磨性相對傳統(tǒng)技術也有大幅度的提升。

除此之外,，我們把激光熔覆和超高速熔覆兩個技術和傳統(tǒng)的電鍍,、火焰超音速噴涂做了對比。傳統(tǒng)的激光熔覆和超高速熔覆厚度是非常薄的,，硬度高,，冶金結合非常好，總的使用壽命和效果相對來說比傳統(tǒng)的其他技術有一定的優(yōu)勢,。

前面簡單回顧了再制造過程中的基本原理,，下面我圍繞著中科煜宸在裝備領域方面所做的工作匯報一下。

激光熔覆再制造技術它的關鍵點就在于裝備本身,，我們的裝備主要是有這么幾個方面：第一個是要有非常良好的送粉器,，還要有非常好的加工頭，實現加工品質的提升,。在這個過程中,，還要有自動化的軟件控制，剛才講過了我們通過和浙工大特別突破了再制造過程中的軟件控制和工程開發(fā),。第三個是激光熔覆工藝的解決方案,，實現整個品質的保障。還有激光熔覆再制造產品的性能專用粉末的開發(fā)也是關鍵的核心技術,。同時還有產品的檢測和評價標準,。

圍繞上面所說，我們對于再制造過程的裝備進行大規(guī)模開發(fā),，在現場修復的過程中，它有很多類零件,，這類零件有些是非常小的,，可以移動的,，而且可以拉回工廠進行修復，這類零件相對來說修復非常簡單,。但是有些大型的結構件特別是電力系統(tǒng)像燃氣輪機,，還有大型的輥子，如果輥子拆卸以后整個就會受到影響,。為了解決遠距離的修復問題,，我們開發(fā)了車載集裝箱式移動激光再制造裝備，滿足大型裝備現場修復的需求,，對于小型的零件修復我們建立移動小車式激光修復系統(tǒng),，滿足快速移動的修復需求。除此之外,，我們對于特種再制造為了提升速度開發(fā)出了寬帶高效熔覆和內孔特殊熔覆裝備,，現在熔覆的單向深度是1.5米左右，最小可修復的直徑是80毫米,。還圍繞著很多現場的需求,，很多大型軋輥和小型軋輥因為現場的量非常大，為了解決大量的修復問題,，包括大型的龍門式還有可開放式的修復平臺,，滿足各類修復需求。

講一下高速熔覆,。高速激光熔覆是這幾年發(fā)展起來的激光熔覆技術中的一種,，主要是面向大型數量眾多的回轉體，通過大批量的回轉體,，因為它要求修復的速度非�,？欤�而且要求修復精度也非常��,，所以我們開發(fā)出高速激光熔覆技術,。這個技術可以實現這幾類：一個是涂層厚度可以從0.1-1毫米自由選擇，熔覆效率根據厚度不一樣效率也不一樣,，為了解決加工效率的問題設計不同的激光功率的裝備,。通過熔覆厚度和熔覆效率以及裝備的匹配滿足不同的回轉體大批量的結構件的修復制造問題。這是我們這幾年開發(fā)出的高速熔覆的激光再制造裝備以及小型化的激光再制造裝備,。

除了上面這些裝備之外,，我們認為激光再制造方面影響質量問題主要是這幾方面：一個是材料體系。市場上的粉末體系非常多,，而且粉末質量參差不齊,，為了解決這個問題中科煜宸在設備的基礎上開發(fā)出了針對不同領域、針對不同修復狀態(tài)進行不同粉末體系的開發(fā)和驗證,，已經形成不同類型的專用粉末,。第二個是開發(fā)出了粉末生產線,。第三是激光加工專家工藝數據庫，現場加工粉末量非常大,，而且基體的種類也非常多,，為了解決基體的不同類型，以及在實際中的不同需求我們做了專家工藝數據庫,，為你選擇所需要的材料并形成相應的工藝,。同時我們在修復過程中開發(fā)出了修復專用的CAM軟件。

第三個是我們做了自主研發(fā)的智能監(jiān)控軟件,，可以進行加工變化以及溫度等變化情況的實時監(jiān)測,。

這是我們自主研發(fā)的熔池在線監(jiān)測系統(tǒng)，對我們的工藝參數做一些調整,，這個軟件近期逐漸推向市場,，并且開始實施工程化應用。

同時對于再制造過程中由于受到各種情況限制,，我們也開展了一些溫度,，并結合數據軟件，用我們的工藝提供一些支持,。

最為核心的技術就是加工頭的設計,，為了滿足不同再制造的需求，我們開展多款多種類型的激光加工頭,，來解決在熔覆過程中的粉末匯聚和均勻性的問題,。這是我們的核心器件送粉噴頭的研發(fā)過程，目前中科煜宸的送粉噴頭粉末的匯聚性比較好,，而且也得到市場很多應用廠家的反饋,。這一塊還有智能化的送粉器。除了加工頭以外,，我們的送粉器從單筒,、兩筒到三筒的送粉器解決不同粉末的需求，特別是對于現在有多種材料混合成形的特種制造的需求,，解決不同材料同步送粉,，實現一次性均勻性的熔化成形的過程，我們開發(fā)出不同的送粉器,。這是核心送粉器的一些情況,。同時為了解決在熔覆過程中會出現熱裂紋的現象，所以對粉末進行一定的預熱模塊,，實現在加熱過程中減少熱裂紋問題,。同時現場還可以有切換的雙料桶，實現粉末的連續(xù)輸送。

第四個部分簡單講一下這幾年的應用案例,。

首先是機械,、電力行業(yè)激光再制造應用，主要是蝶閥,、電機轉子，以及耐輻射件和耐磨件,，像橡塑機械的螺旋件,。這是我們在激光再制造修復過程中的現場圖片，可以看到我們八字形機筒內孔激光熔覆做得比較好,，以及電機轉子軸已經得到大量應用,。

另外一個是模具行業(yè)激光再制造應用。用激光再制造技術通過對它進行修復,，同時進行局部激光強化,，可以提供很好的應用保證它的性能。這是整個修復情況,。

還有一些在鋼鐵行業(yè)各種雜輥的修復現場,，這是磨損件的修復。還有石油化工的應用,，不同行業(yè)修復案例可以簡單看一下,。

這是我們在煤機行業(yè)的液壓立柱修復的典型案例。

值得一提的是在鋁板軋制銅輥表面熔覆獲得比較好的修復,，在銅的表面進行修復是比較難的,，我們通過在裝備的改善和現場工藝的調整過程中，在銅的雜輥表面實現修復,，使得雜輥壽命得到大幅度提升,。這是熔覆以后的結合強度的比較，這是表面粗糙度的比較,。

這是中科煜宸的簡單情況,。

經過這幾年的發(fā)展目前來說可以從各個領域都有很多突破，這是我們的專利情況,。特別是我們這幾年從金屬材料體系,、工藝數據、智能化的軟件,、送粉器以及專用裝備各個領域都取得非常不錯的成績,，也形成我們系列化的產品。這是這幾年在3D打印包括送粉打印,，以及激光再制造等方向取得了非常不錯的成績,，我們各種類型的系列化產品已經在市場上起到非常好的反響。

這是我們的主要核心器件以及合作伙伴，建立了一整套的裝備到客戶應用和驗證形成一整套體系,。

這是我們這幾年的發(fā)展,，除了在南京以外，我們在各個地方先后建立我們的研究院和研究中心支持對應的客戶,，這是主要的客戶情況,。

我的匯報就到這里，謝謝大家,。