南京中科煜宸研究院副院長孫中剛：激光再制造技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的典型應(yīng)用

2020年8月20日-21日，中國增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展蕪湖（繁昌）高峰論壇暨2020年中國增材制造產(chǎn)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(jīng)濟(jì)和信息化廳、蕪湖市人民政府指導(dǎo)，中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)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(jìn)行了直播。

△南京中科煜宸激光技術(shù)有限公司研究院副院長  孫中剛

在“產(chǎn)業(yè)化推廣論壇”上，南京中科煜宸激光技術(shù)有限公司研究院副院長  孫中剛做了《激光再制造技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的典型應(yīng)用》演講，下面是現(xiàn)場速記。
△視頻：孫中剛《激光再制造技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的典型應(yīng)用》

孫中剛：非常榮幸給大家分享中科煜宸在激光再制造領(lǐng)域的研發(fā)成果。前面姚教授已經(jīng)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(nèi)容分為五部分：首先是激光再制造技術(shù)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(zhì)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(guān)注點還是在激光再制造的裝備開發(fā)。第三個內(nèi)容是激光再制造過程中目前有哪些核心的關(guān)鍵技術(shù)值得我們關(guān)注的。第四個就是我們在這些領(lǐng)域應(yīng)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(shù)原理已經(jīng)講得很清楚，實際上就是對工作現(xiàn)場很多廢舊的零件特別是高附加值的零件的修復(fù)，使得它的價值得到進(jìn)一步利用，激光再制造和修復(fù)使它重復(fù)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(chǎn)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(shù)可以大大減少在零件重復(fù)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(shù)有一個激光熔覆，是目前我們用它進(jìn)行激光再制造的關(guān)鍵和重要技術(shù)。這個技術(shù)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(chǎn)品性能進(jìn)一步得到提升。通過激光再制造的過程，可以使修復(fù)之后的材料與基體之間進(jìn)行有機結(jié)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(guān)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(fù)雜。

激光熔覆的技術(shù)和傳統(tǒng)的技術(shù)相比，它有這些優(yōu)點，結(jié)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(dǎo)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(xì)講解，前面已經(jīng)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(jié)合的強度非常高，同時耐腐蝕性、耐磨性相對傳統(tǒng)技術(shù)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(shù)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(jié)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(shù)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(lǐng)域方面所做的工作匯報一下。

激光熔覆再制造技術(shù)它的關(guān)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(xiàn)加工品質(zhì)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(xiàn)整個品質(zhì)的保障。還有激光熔覆再制造產(chǎn)品的性能專用粉末的開發(fā)也是關(guān)鍵的核心技術(shù)。同時還有產(chǎn)品的檢測和評價標(biāo)準(zhǔn)。

圍繞上面所說，我們對于再制造過程的裝備進(jìn)行大規(guī)模開發(fā)，在現(xiàn)場修復(fù)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(jìn)行修復(fù)，這類零件相對來說修復(fù)非常簡單。但是有些大型的結(jié)構(gòu)件特別是電力系統(tǒng)像燃?xì)廨啓C，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(yuǎn)距離的修復(fù)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(xiàn)場修復(fù)的需求，對于小型的零件修復(fù)我們建立移動小車式激光修復(fù)系統(tǒng)，滿足快速移動的修復(fù)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(nèi)孔特殊熔覆裝備，現(xiàn)在熔覆的單向深度是1.5米左右，最小可修復(fù)的直徑是80毫米。還圍繞著很多現(xiàn)場的需求，很多大型軋輥和小型軋輥因為現(xiàn)場的量非常大，為了解決大量的修復(fù)問題，包括大型的龍門式還有可開放式的修復(fù)平臺，滿足各類修復(fù)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(shù)中的一種，主要是面向大型數(shù)量眾多的回轉(zhuǎn)體，通過大批量的回轉(zhuǎn)體，因為它要求修復(fù)的速度非常快，而且要求修復(fù)精度也非常高，所以我們開發(fā)出高速激光熔覆技術(shù)。這個技術(shù)可以實現(xiàn)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(jù)厚度不一樣效率也不一樣，為了解決加工效率的問題設(shè)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(zhuǎn)體大批量的結(jié)構(gòu)件的修復(fù)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(rèn)為激光再制造方面影響質(zhì)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(zhì)量參差不齊，為了解決這個問題中科煜宸在設(shè)備的基礎(chǔ)上開發(fā)出了針對不同領(lǐng)域、針對不同修復(fù)狀態(tài)進(jìn)行不同粉末體系的開發(fā)和驗證，已經(jīng)形成不同類型的專用粉末。第二個是開發(fā)出了粉末生產(chǎn)線。第三是激光加工專家工藝數(shù)據(jù)庫，現(xiàn)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(shù)據(jù)庫，為你選擇所需要的材料并形成相應(yīng)的工藝。同時我們在修復(fù)過程中開發(fā)出了修復(fù)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(jìn)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(shù)做一些調(diào)整，這個軟件近期逐漸推向市場，并且開始實施工程化應(yīng)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(jié)合數(shù)據(jù)軟件，用我們的工藝提供一些支持。

最為核心的技術(shù)就是加工頭的設(shè)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(yīng)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)熱裂紋的現(xiàn)象，所以對粉末進(jìn)行一定的預(yù)熱模塊，實現(xiàn)在加熱過程中減少熱裂紋問題。同時現(xiàn)場還可以有切換的雙料桶，實現(xiàn)粉末的連續(xù)輸送。

第四個部分簡單講一下這幾年的應(yīng)用案例。

首先是機械、電力行業(yè)激光再制造應(yīng)用，主要是蝶閥、電機轉(zhuǎn)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(fù)過程中的現(xiàn)場圖片，可以看到我們八字形機筒內(nèi)孔激光熔覆做得比較好，以及電機轉(zhuǎn)子軸已經(jīng)得到大量應(yīng)用。

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

還有一些在鋼鐵行業(yè)各種雜輥的修復(fù)現(xiàn)場，這是磨損件的修復(fù)。還有石油化工的應(yīng)用，不同行業(yè)修復(fù)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(fù)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(fù)，在銅的表面進(jìn)行修復(fù)是比較難的，我們通過在裝備的改善和現(xiàn)場工藝的調(diào)整過程中，在銅的雜輥表面實現(xiàn)修復(fù)，使得雜輥壽命得到大幅度提升。這是熔覆以后的結(jié)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(jīng)過這幾年的發(fā)展目前來說可以從各個領(lǐng)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(shù)據(jù)、智能化的軟件、送粉器以及專用裝備各個領(lǐng)域都取得非常不錯的成績，也形成我們系列化的產(chǎn)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(chǎn)品已經(jīng)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(yīng)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(yīng)的客戶，這是主要的客戶情況。

我的匯報就到這里，謝謝大家。