1、激光再制造技術在鋼鐵冶金行業中的應用一、激光再制造技術提出的市場背景再制造工程是以產品全壽命周期理論為指導的工程實踐。裝備的論證、設計、制造、使用、 維修、回收的全部費用稱作全壽命周期費用，傳統上只亜視裝備的“前半生”，（這個丿制期僅占 20-40%的費用），而往往忽略了“后半生”，即使用、維修和報廢階段的費用。裝備的再制造工程是以裝備的“后半生”為對象，以提高利用率、節約資源、環境保護、堅持 可持續發展的一門工程技術。再制造技術的發展必須融入高新技術、使得陳i口部件和裝備獲 得至新獲得高品質，高附加值的產品，所以再制造業是實現跨越式發展，完全符合國家政策 的一項重要技術。美國的再制造業產值達

2、530億美元，從業人員達48萬人，他們稱“再制 造業是潛在的巨人”。我國政府高度重視發展再制造產業。2005年，國務院發布了關于加 快發展循環經濟的若干意見和做好建設節約型社會近期垂點工作的通知，明確提出耍積極支 持廢舊機電產品再制造。但從整體上看，我國再制造產業發展緩慢，仍處于起步探索階段，與發達國家相比還有很大 的差距。中國再制造產業發展存在的主要問題：一是再制造作為一個新的理念還沒有被人們 廣泛認識，各方面對發展再制造產業的重要意義缺乏足夠的認識；二是再制造還沒有形成產 業基礎，技術和管理水平還比較低；三是現行法規政策在某些方而制約了零部件再制造產業 的發展。鋼鐵冶金行業是國家的基礎行業

3、，同時屬于國家的重工業，ii其設備繁雜、種類多、噸位重。 由于摩擦、磨損等各種原因的存在，要維持設備的正常運轉，每年將消耗大量的備品備件。 據統計，2003年濟南鋼鐵股份公司達到年產量334萬t鋼的規模，而公司每年用于設備修 理的備品備件制造費用就高達1.2億元，備品備件修舊利廢數量達150t以上，創經濟效益2000萬元左右。因此，減少備品備件的消耗和對已使川設備的再制造修復對降低牛產成本, 提高企業的經濟效益具有積極的促進作用，口降低成本的空間很大。其中激光再制造技術對 做好備品備件的修理、修復工作，對企業節能降耗具有非常現實的意義。二、激光再制造技術的可行性分析（一）激光再制造技術的主要特

4、點激光加工是無接觸加工，対工件無直接沖擊，因此無機械變形；激光加工過程中無”刀具“磨損，無”切削力“作用于工件；激光加工過程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，對非激光照射部位沒有或影響極小。因此，其熱影響的區域小，工件熱變形小后續加工最小；由于激光束易于導向、聚焦、實現方向變換，極易與數控系統配合及對復雜工件進行加 工，因此它是一種極為靈活的加工方法；生產效率高，加工質量穩定可靠，經濟效益和社會效益好；（二）激光加工的優勢激光具令的寶貴特性決定了激光在加工領域屮存在的優勢： 由丁它是無接觸加工，并且高能量激光朿的能量及其移動速度均可調，因此可以實現多種加工的目的。 它可以對多種

5、金屬、非金屬加工，特別是可以加工高硬度、高脆性、及高熔點的材料。 激光加工過程中無“刀具”磨損，無“切削力”作用于工件。 激光加工過程屮，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，對非激光照射部位 沒有影響或影響極小。因此，其熱影響區小，工件熱變形小，后續加工量小。 它町以通過透明介質對密閉容器內的工件進行各種加工。rtit-激光朿易于導向、聚集實現作各方向變換，極易與數控系統配合和對復雜工件進行加 工，因此是一種極為靈活的加工方法。使用激光加工主產效率高、質量可靠、經濟效益好。三、激光再制造技術的主要種類 激光淬火與毛化激光淬火技術是利用聚焦后的激光束入射到鋼鐵材料表血，使其溫度迅速升高

6、到相變點以 上，當激光移開后，山于仍處于低溫的內層材料的快速導熱作用，使受熱表層快速冷卻到馬 氏體相變點以下，進而實現工件的表而相變硬化。如大型軋轆表而激光熔凝淬火的最大淬碩 層深度可以達到2毫米以上。 激光熔覆與合金化激光熔覆技術是采用激光束在選定工件表血熔覆一層特殊性能的材料，以改善工件表血性 能的工藝。對于冶金行業軋餛、導位、輸送餛、夾送餛、剪刃等大量易損件來說，激光熔覆 與合金化技術的最大好處是將軋輾的整體合金化變成表而合金化或者熔覆，使軋輾等易損件 的使用壽命大幅度提高的同時，生產成本增加有限。顯然，合金粉末的設計、選擇為使用止 確與否是該項技術能否成功的關鍵。圖1軸頭的激光堆焊修復

7、 激光焊接激光焊接是激光材料加工技術應川的重要方面之一。其原理是將高強度的激光輻射至金屬表 面，通過激光與金屬的相互作用，使金屬熔化形成焊接。山于其獨特的優點，已成功地應用 于微、小型零件的精密焊接中。如h前我國鋼鐵行業處于主導地位的典型冷軋工藝路線是: 轉爐冶煉一爐外粘煉一初軋開坯一熱連軋一酸洗一冷軋一退火一平整一鍍鋅（錫）一成產品。 在此典型的冷軋工藝中，帶材焊接設備必不可少。在運行過程中，先行鋼帶與后行鋼帶必需 進行焊接，才能保證生產線的連續作業。硅鋼板帶在線運行吋，需經多次“s”型彎曲變形和 承受一定的運行張力，從而對焊縫的性能和質量有很高要求。四、激光再制造技術在鋼鐵冶金行業中的應用

8、1、軋銀的修復與強化冶金行業生產設備大部分是在高（交變）應力、高熱應力的惡劣環境卜-工作，如連鑄轆、校直 轆、槽型轆、半鋼轆、鑄管模、熱（冷）軋工作轆、高爐溜槽、料鐘等。在這些設備中，各種軋輾無疑是英中最關鍵的設備零件，其消耗量大、價格詁貴、壽命長短不僅與產品成本密切 相關，而且直接決定鋼鐵制品的質量，尤其是表面質量和板型。采川激光堆悍修復各種軋幅, 其中以小型軋餛和局部修復更為擅長。性能如能新件。如圖1為在實際使用中，堆焊修復 后的轆1次使用期均達到1年以上，比耒堆焊的60simnmo鍛鋼輻平均使用期（3個月） 提高3倍以上，在1次使川后，皋材為受損傷的情況下（進行探傷檢測），仍可進行再次

9、堆焊修復。多數情況都進行34次修復。激光淬火技術可對各種導軌、大型齒輪、軸頸、汽缸內壁、模具、減振器、摩擦輪、軋轆、 滾輪零件進行表面強化。激光毛化汽車板由于涂漆后反射映像光澤度高，在國外被稱為“鏡而鋼板”，它是生產高級轎 車血板的優質板材。因此，激光毛化冷軋薄板（帶）是汽車、家電、電子和輕工業牛產需求 的重要原材料。如圖2為中厚板軋餛激光強化工作狀態圖。圖2中厚板軋輻激光強化2、各種軸類零件擁損、抱瓦、裂紋的修復各種軸類冬件經激光堆焊處理后堆焊層無粗大的鑄造組織，堆焊層及界血組織細密、品粒細 化、無孔、砂眼、夾雜、裂紋等缺陷，性能如同新件。圖3軸磨損的激光修復3、冶金行業中的各種高附加值的大

10、、小、小型齒輪類零件的修復強化激光堆焊技術可使各種高附加值的大、中、小型齒輪類零件性能得到恢復。驗收指標按仍原 制造標準進行。圖4沈陽金杯車門立柱內接頭激光表面強化4、高壓窩速風機葉片的修復葉片因其工作環境較為惡劣，葉輪葉片進風口部位易嚴蟲腐蝕與磨損，一般使用3 000-4 000 h即因葉輪葉片腐蝕與磨損失去平衡而報廢。采用激光堆焊技術町以使修復層與原基材 為冶金結合，硬度達到hrc55左右。服役性能如同新件。5、汽車板的激光拼焊拼焊板是將兒塊不同材質、不同厚度、不同涂層的鋼材焊接成-塊整體板，以滿足零部件不 同部位對材料不同性能的要求。激光拼焊板技術是基丁成熟的激光焊接技術發展起來的現代

11、加工工藝技術。采用激光拼焊板口j以給汽車制造業帶來巨大的經濟效益，如車身裝配中的大 量點焊，把兩個焊頭夾在工件邊緣上進行焊接，凸緣寬度需要16mm,而激光拼焊板無需搭 接，點焊改為激光拼焊技術可以節省鋼材，節省的用量視采用拼焊板的數量而定；用傳統點 焊焊接兩片0.8mm的鋼板沖壓件，平均是20點/min,焊距是25mm,速度則為0.5m/min, 這會耗費相當的吋間，采用激光拼焊板替代點焊工藝后所需要的吋間可以得到人量節省、焊 接質暈得到質的提高。日前該技術在寶鋼、武鋼和鞍鋼均是采用引進國外技術的辦法進行開 發的，投資非常匕大。該裝備的國產化和技術的本十化尚需要鋼鐵生產廠、激光制造商和高 等院

12、校與研究所通力合作，改變目前這一現狀。其中全自動激光拼焊成套裝備國內市場需求 巨大，如今國家對激光拼焊技術裝備已經投入較大資金和扶持，力爭使具有口主知識產權的 成套激光拼焊裝備早日投放市場，為國產激光拼焊板的應川貢獻口己的力量。圖5為某公 司冶金軋輻軸頭的激光堆焊恢復尺寸的修復實驗結果。圖6為汽車中對以使用激光進行拼 焊的部件示意圖。從圖屮可以看出，汽車拼焊板的應用潛力是非常冃人的。圖5冶金軋輻軸頭的激光堆焊恢復尺寸的修復，械專家網 wv.nj.r. meclinet a com. cri圖6汽車離合器激光焊接部件示意圖五、激光再制造技術的成本分析及展望激光加工最大的成本在于設備的一次性投資比較昂貴，一旦設備投入z后，在不考慮設備投 入成本的前提下，運行成本比較低。