摘 要：激光熔覆技术是智能制造装备中的关键技术之一。以激光熔覆技术为主线，简述了激光熔覆技术基本概念、激光熔覆系统组成和激光熔覆技术在大型设备零部件的可行性应用，希望能够直观地体现激光熔覆技术在推动大型装备智能升级发展中的重要作用。
关键词：大型装备 激光熔覆技术 液压油缸 盾构机
目前，全球各国为了能够更好地推动自身发展潜力，提升自身竞争实力，增强自身就业能力，选择回归以制造业为主的实体经济。同时，新时代下的制造业更加注重环境保护，所以国家提出了智能制造理念。与传统制造业相比，智能制造更加注重品质提升、工艺优化以及产品智能，最终的先进制造模式必须能够保证能源消耗达到最低，环境污染降到最少，并创造更多的经济效益，发展更广的产业链集群，提供更多优质的就业岗位。贯彻执行智能制造创新，不仅推动了制造业回归，实现了技术创新发展和技术迭代，更重要的是为人类可持续发展和生存环境维护做出了重要贡献。
在技术、设备加速更替背景下，再制造技术无疑对高端装备智能制造深入发展有着重要价值。激光熔覆技术作为再制造技术的一个分支，应该给予重视与发展。目前，激光熔覆技术在重要前沿领域应用已经相当成熟，能够在机械、冶金以及石油等传统工业领域实现应用，具备着重要的意义。
1 激光熔覆技术概述
激光熔覆技术是一种表面改进技术，工艺流程中主要是喷涂、融化与冷凝三个关键步骤，将选好的熔覆材料经过专门路径喷到需要修复部位，同步对该部位进行激光处理，可实现熔覆材料原表面融化与融合，形成一层薄膜；再通过冷凝装置降温冷却，最终形成新的冶金结合添料熔覆层。新表面涂层改进了材料表面耐磨性、耐蚀性以及耐热性，提高了抗氧化能力。与堆焊、喷涂及电镀等相比，激光熔覆技术能实现熔覆层组织紧密、与基体结合度大，并且熔覆材料可选性强，可以根据熔覆材料颗粒大小、化学成分配方比例选择合适工艺，所以激光熔覆技术在传统工业具有很高的实际应用性。2 激光熔覆系统的组成
激光熔覆技术是一种集成系统技术，它本身并不涉及零部件精确成型等问题，主要是以激光系统为载体，结合快速成型和新材料等技术原理，实现精准表面强化目标。在整个集成系统中，主要分为激光系统、送粉系统、数控系统和检测系统，如图1所示。
激光熔覆设备中控制系统根据检测到的工况温度和工件位置调控激光器激光功率、激光波长、送粉量和运动执行机构的运动轨迹，实现激光熔覆过程。图1 激光熔覆的设备
测温仪 激光系统激光束控制系统送粉系统分粉器激光器位置检测仪3 激光熔覆在大型装备中的应用
激光熔覆技术可以根据不同的工作要求，设置不同的夹持工装。在目前修复实践中，以数控机床夹持轴类工件和机器手臂实现自由喷涂的案例最多；通过喷涂、融化与冷却三大关键步骤，实现激光熔覆。
激光熔覆技术焊接应力主要释放到熔铸区域和过渡区域；激光熔覆过程达到的最佳厚度约为0.5mm，熔覆层能够达到熔覆层的30%。在工程实践中，激光熔覆技术可以应用到很多情况。
3.1 在液压油缸修复的应用
大型装备基本完全依靠包含液压油缸的工作机构完成行走、回转、推进以及支撑等功能，在各种工况频繁使用中会造成液压油缸活塞杆裂纹，或者活塞杆表面铬层会出现磨损、滑伤与气蚀，使得液压油缸功能失效，严重影响装备正常使用。针对这些问题，传统活塞杆修复工艺是将先将活塞杆铬层剥掉，重新对表面镀硬铬并抛光，或者镀镍来耐腐蚀。这种工艺的优点是操作简单，活塞杆表面质量高，但是含铬废水和废气严重致癌，对生产工人有极大危害，不符合高端装备智能制造中绿色制造发展规划，寻找替代工艺已经是必然趋势。
和传统工艺比较，激光熔覆技术对活塞杆损伤表面进行局部熔覆，提高了耐磨性且表面硬度高；降低了报废材料和修复过程中带来的环境污染。冷却工艺使用的快速冷却，不会造成过度热畸变，并且稀释度低；激光熔覆技术实现自动化性比较高过程有着冷却速度快、热畸变小以及稀释度低，可实现自动化。通过上述特点可知，激光熔覆
164现代制造技术与装备2019第10期 总第275期技术是一种理想的表面改性技术。通过激光熔覆技术修复后的活塞杆表面，耐磨性和那蚀性能达到基材的5倍以上，模拟实验后的使用寿命也比电镀高很多倍。基于设备大修的液压缸活塞杆激光熔覆技术，液压油缸修复比较成熟，目前很多专业性强的厂家基本具备通过激光熔覆技术实现油缸修复能力，如图2所示。
液压油缸的修复是将油缸夹持在机床上边，保持一个稳定速度转动；激光器通过喷涂对液压油缸表面进行熔覆处理。轴类工件激光熔覆过程与液压油缸修复有很大的相似之处，如图3所示。
图2 液压油缸修复过程 图3 为齿轮轴修复过程
以类似轴为中心轴进行转动修复前后情况，如图4所示。
图4 齿轮轴修复前后比较3.2 在齿轮修复的应用
齿轮在应用时，长期处于受压状态，传动齿轮表面出现塑性变形、飞边、啃齿或裂纹等现象。在齿轮修复过程中，需要对齿轮进行探伤测试，确定轮齿缺陷，进而确定激光熔覆选用的最佳材料及工艺。
经试验验证，经过激光熔覆技术处理后，熔覆层不到原厚度的一半，但是抗冲击性能增加几倍以上。因此，通过激光熔覆技术修复的损伤齿轮能够完成正常作业，并保证齿轮表面状态，如图5所示。
图5 齿轮局部剥落修复对比图
3.3 在盾构机修复中的应用
主驱动作为大型设备——盾构机的核心部件之一，具有造价高、修复成本高和修复工艺难等特点。内部的主轴承密封唇口与密封滑道间产生相应摩擦，在长期旋转工作过程中，导致密封唇口会在密封滑道相应位置造成磨损；磨损造成的区域性深度划痕，会引起泥沙泥砂渗透入主驱动润滑系统，进而产生主轴承滚子、滚道及保持架等部位
损伤的恶性连锁反应。为了降低成本、缩短工期、方便加工，主驱动的修复通常是对跑道进行堆焊—粗车—精车—磨削加工，然后为消除焊接及加工产生应力，需要在加工处丙烷炙烤退火。使用激光熔覆技术能够结合密封跑道实际尺寸进行定位式修复，从而完成修复需求，达到原件性能。4 结语
激光熔覆技术能够实现良好的耐磨耐蚀性能，在今后研究过程中，不仅要对加工工艺进行完善，同时要实现熔覆材料突破。随着智能制造不断推进，希望激光熔覆技术能够在大型装备再制造应用中取得更好成绩。
参考文献
[1]段新燕.智能制造装备的发展现状与趋势[J].中外企业家，
2017，（8）：115.
[2]花超.浅述激光熔覆技术的应用[J].科技风，2019，（21）：
146.
[3]董景隆，高红东，沈俊萍.激光再制造技术的发展及应用[J].
矿山机械，2019，（1）：1-6.
[4]林广旭，王义猛.基于设备大修的液压缸活塞杆激光熔覆技术
探讨[J].内燃机与配件，2019，（1）：31-33.
[5]王义猛.液压油缸活柱表面激光熔覆技术研究[J].热加工工艺，
2018，（18）：137-140.
[6]徐素明，孙维汉，武文娟.激光熔覆技术在汽车再制造领域的
应用及前景[J].热加工工艺，2017，（22）：33-36.
[7]赵国宏，刘飞，赵成励，等.轧辊轴颈的激光熔覆修复[J].焊
接技术，2018，（8）：107-110.
[8]董凯.激光熔覆技术在海洋自升式钻井平台升降齿轮修复中的
应用实例[J].中国石油和化工标准与质量，2018，（20）：150-151.
[9]刘思迅.盾构螺旋机驱动密封故障处理与维修[J].设备管理与
维修，2019，（12）：81-83.
[10]李贵红，姜小艳，杜昕，等.盾构机主驱动轴承的故障诊断方
法[J].建筑机械，2018，（8）：55-58.
Summary of Application of Laser Cladding
Technology in Rehabilitation of Large Equipment
LU Yanzhi, YU Ruidong, WANG Jing
(Jinan Heavy Industry Group Co., Ltd., Jinan 250109)
technologies in intelligent manufacturing equipment. Taking laser Abstract: Laser cladding technology is one of the key cladding technology as the main line, the basic concepts of laser cladding technology, the composition of laser cladding system and the feasibility application of laser cladding technology in large-scale equipment parts are briefly described. It is hoped that the laser cladding technology can directly reflect the promotion of large-scale laser cladding technology. The important role of equipment in the development of intelligent upgrades.hydraulic cylinder, shield machine
Key words: large equipment, laser cladding technology,
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