南京中科煜宸研究院副院長(zhǎng)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(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展蕪湖（繁昌）高峰論壇暨2020年中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)年會(huì)在安徽蕪湖市舉行，此次年會(huì)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(guó)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(duì)本次會(huì)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(zhǎng)  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(zhǎng)  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(chǎng)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(gè)簡(jiǎn)單方面給大家介紹一下。

我的報(bào)告內(nèi)容分為五部分：首先是激光再制造技術(shù)作簡(jiǎn)單回顧。第二個(gè)是對(duì)激光再制造裝備比如近幾年來(lái)中科煜宸圍繞裝備所做的工作，因?yàn)橐�教授他們主要是從機(jī)理、再制造過(guò)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(diǎn)還是在激光再制造的裝備開(kāi)發(fā)。第三個(gè)內(nèi)容是激光再制造過(guò)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(gè)就是我們?cè)谶@些領(lǐng)域應(yīng)用的典型案例。最后再給大家簡(jiǎn)單匯報(bào)中科煜宸的簡(jiǎn)單情況。

激光再制造技術(shù)原理已經(jīng)講得很清楚，實(shí)際上就是對(duì)工作現(xiàn)場(chǎng)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(jià)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(guò)再制造后不僅節(jié)約很多的重新制造過(guò)程所花費(fèi)的時(shí)間，同時(shí)讓我們的產(chǎn)品生命力變得更強(qiáng)。所以單純從再制造和制造的角度來(lái)講，我們通過(guò)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(duì)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(gè)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(gè)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(guò)激光再制造的過(guò)程，可以使修復(fù)之后的材料與基體之間進(jìn)行有機(jī)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(gè)是再制造過(guò)程和激光熔覆的基本原理，在整個(gè)制造過(guò)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(guò)程中的熔化和凝固的全流程的冶金過(guò)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(diǎn)，結(jié)合強(qiáng)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(guò)程中加熱溫度相對(duì)比較低，導(dǎo)致基體過(guò)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(guò)一些。

這幅圖是傳統(tǒng)的電鍍、刷鍍的綜合性能對(duì)比，激光熔覆之后帶來(lái)的界面結(jié)合的強(qiáng)度非常高，同時(shí)耐腐蝕性、耐磨性相對(duì)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(gè)技術(shù)和傳統(tǒng)的電鍍、火焰超音速?lài)娡孔隽藢?duì)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(duì)來(lái)說(shuō)比傳統(tǒng)的其他技術(shù)有一定的優(yōu)勢(shì)。

前面簡(jiǎn)單回顧了再制造過(guò)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(bào)一下。

激光熔覆再制造技術(shù)它的關(guān)鍵點(diǎn)就在于裝備本身，我們的裝備主要是有這么幾個(gè)方面：第一個(gè)是要有非常良好的送粉器，還要有非常好的加工頭，實(shí)現(xiàn)加工品質(zhì)的提升。在這個(gè)過(guò)程中，還要有自動(dòng)化的軟件控制，剛才講過(guò)了我們通過(guò)和浙工大特別突破了再制造過(guò)程中的軟件控制和工程開(kāi)發(fā)。第三個(gè)是激光熔覆工藝的解決方案，實(shí)現(xiàn)整個(gè)品質(zhì)的保障。還有激光熔覆再制造產(chǎn)品的性能專(zhuān)用粉末的開(kāi)發(fā)也是關(guān)鍵的核心技術(shù)。同時(shí)還有產(chǎn)品的檢測(cè)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

圍繞上面所說(shuō)，我們對(duì)于再制造過(guò)程的裝備進(jìn)行大規(guī)模開(kāi)發(fā)，在現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的過(guò)程中，它有很多類(lèi)零件，這類(lèi)零件有些是非常小的，可以移動(dòng)的，而且可以拉回工廠(chǎng)進(jìn)行修復(fù)，這類(lèi)零件相對(duì)來(lái)說(shuō)修復(fù)非常簡(jiǎn)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(jī)，還有大型的輥?zhàn)�，如果輥�(zhàn)硬鹦兑院笳麄�(gè)就會(huì)受到影響。為了解決遠(yuǎn)距離的修復(fù)問(wèn)題，我們開(kāi)發(fā)了車(chē)載集裝箱式移動(dòng)激光再制造裝備，滿(mǎn)足大型裝備現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的需求，對(duì)于小型的零件修復(fù)我們建立移動(dòng)小車(chē)式激光修復(fù)系統(tǒng)，滿(mǎn)足快速移動(dòng)的修復(fù)需求。除此之外，我們對(duì)于特種再制造為了提升速度開(kāi)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(chǎng)的需求，很多大型軋輥和小型軋輥因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)的量非常大，為了解決大量的修復(fù)問(wèn)題，包括大型的龍門(mén)式還有可開(kāi)放式的修復(fù)平臺(tái)，滿(mǎn)足各類(lèi)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(lái)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(guò)大批量的回轉(zhuǎn)體，因?yàn)樗�要求修�?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(kāi)發(fā)出高速激光熔覆技術(shù)。這個(gè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)這幾類(lèi)：一個(gè)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(wèn)題設(shè)計(jì)不同的激光功率的裝備。通過(guò)熔覆厚度和熔覆效率以及裝備的匹配滿(mǎn)足不同的回轉(zhuǎn)體大批量的結(jié)構(gòu)件的修復(fù)制造問(wèn)題。這是我們這幾年開(kāi)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(wèn)題主要是這幾方面：一個(gè)是材料體系。市場(chǎng)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(gè)問(wèn)題中科煜宸在設(shè)備的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出了針對(duì)不同領(lǐng)域、針對(duì)不同修復(fù)狀態(tài)進(jìn)行不同粉末體系的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證，已經(jīng)形成不同類(lèi)型的專(zhuān)用粉末。第二個(gè)是開(kāi)發(fā)出了粉末生產(chǎn)線(xiàn)。第三是激光加工專(zhuān)家工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，現(xiàn)場(chǎng)加工粉末量非常大，而且基體的種類(lèi)也非常多，為了解決基體的不同類(lèi)型，以及在實(shí)際中的不同需求我們做了專(zhuān)家工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，為你選擇所需要的材料并形成相應(yīng)的工藝。同時(shí)我們?cè)谛迯?fù)過(guò)程中開(kāi)發(fā)出了修復(fù)專(zhuān)用的CAM軟件。

第三個(gè)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

這是我們自主研發(fā)的熔池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)我們的工藝參數(shù)做一些調(diào)整，這個(gè)軟件近期逐漸推向市場(chǎng)，并且開(kāi)始實(shí)施工程化應(yīng)用。

同時(shí)對(duì)于再制造過(guò)程中由于受到各種情況限制，我們也開(kāi)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(jì)，為了滿(mǎn)足不同再制造的需求，我們開(kāi)展多款多種類(lèi)型的激光加工頭，來(lái)解決在熔覆過(guò)程中的粉末匯聚和均勻性的問(wèn)題。這是我們的核心器件送粉噴頭的研發(fā)過(guò)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(chǎng)很多應(yīng)用廠(chǎng)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(duì)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(shí)現(xiàn)一次性均勻性的熔化成形的過(guò)程，我們開(kāi)發(fā)出不同的送粉器。這是核心送粉器的一些情況。同時(shí)為了解決在熔覆過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)熱裂紋的現(xiàn)象，所以對(duì)粉末進(jìn)行一定的預(yù)熱模塊，實(shí)現(xiàn)在加熱過(guò)程中減少熱裂紋問(wèn)題。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)還可以有切換的雙料桶，實(shí)現(xiàn)粉末的連續(xù)輸送。

第四個(gè)部分簡(jiǎn)單講一下這幾年的應(yīng)用案例。

首先是機(jī)械、電力行業(yè)激光再制造應(yīng)用，主要是蝶閥、電機(jī)轉(zhuǎn)子，以及耐輻射件和耐磨件，像橡塑機(jī)械的螺旋件。這是我們?cè)诩す庠僦圃煨迯?fù)過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)圖片，可以看到我們八字形機(jī)筒內(nèi)孔激光熔覆做得比較好，以及電機(jī)轉(zhuǎn)子軸已經(jīng)得到大量應(yīng)用。

另外一個(gè)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(guò)對(duì)它進(jìn)行修復(fù)，同時(shí)進(jìn)行局部激光強(qiáng)化，可以提供很好的應(yīng)用保證它的性能。這是整個(gè)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(chǎng)，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(jiǎn)單看一下。

這是我們?cè)诿簷C(jī)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(guò)在裝備的改善和現(xiàn)場(chǎng)工藝的調(diào)整過(guò)程中，在銅的雜輥表面實(shí)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(qiáng)度的比較，這是表面粗糙度的比較。

這是中科煜宸的簡(jiǎn)單情況。

經(jīng)過(guò)這幾年的發(fā)展目前來(lái)說(shuō)可以從各個(gè)領(lǐng)域都有很多突破，這是我們的專(zhuān)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(zhuān)用裝備各個(gè)領(lǐng)域都取得非常不錯(cuò)的成績(jī)，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(cuò)的成績(jī)，我們各種類(lèi)型的系列化產(chǎn)品已經(jīng)在市場(chǎng)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(hù)應(yīng)用和驗(yàn)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?cè)诟鱾�(gè)地方先后建立我們的研究院和研究中心支持對(duì)應(yīng)的客戶(hù)，這是主要的客戶(hù)情況。

我的匯報(bào)就到這里，謝謝大家。