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近二十年來，激光加工技術(shù)更是在世界各國工業(yè)發(fā)展中得到廣泛應(yīng)用，尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)國家，已被人們譽(yù)為 “未來制造業(yè)的共同加工手段”。激光加工技術(shù)的出現(xiàn)正促使著目前“電加工時(shí)代”向“光加工時(shí)代”轉(zhuǎn)變，代表著當(dāng)前材料加工業(yè)的發(fā)展方向，當(dāng)今世界各國都把激光加工技術(shù)作為提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、增加效益，提高國際競爭力的重要手段。

1 激光加工技術(shù)的特點(diǎn)

由于激光具有“四高”特性，因此激光加工技術(shù)具有其它加工方法所不可比擬的顯著特點(diǎn)，主要有：

（1）無接觸加工，對工件無直接沖擊，無機(jī)械變形;

（2）無“刀具”磨損，無“切削力”作用于工件;

（3）激光束能量密度高，加工速度快;局部加工，影響熱區(qū)小，工件熱變形小，后續(xù)加工量小;

（4）加工方法靈活。激光束易于導(dǎo)向、聚焦、實(shí)現(xiàn)方向變換，極易與數(shù)控系統(tǒng)配合、可對復(fù)雜工件進(jìn)行加工;

（5）可加工多種金屬、非金屬;也可加工高硬度、高脆性、高熔點(diǎn)材料;

（6）生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟(jì)與社會效益好。

2 高功率激光加工技術(shù)及其應(yīng)用范圍

高功率激光是指激光器輸出功率在2kW以上的激光加工系統(tǒng)，高功率激光加工技術(shù)一般包括“激光表面改性技術(shù)”和“激光綠色再制造技術(shù)”以及激光切割、激光焊接、激光打孔等，本文重點(diǎn)談?wù)?ldquo;激光表面改性技術(shù)”和“激光綠色再制造技術(shù)”在冶金企業(yè)的應(yīng)用。

2.1 激光表面改性技術(shù)

主要指激光淬火、激光熔凝、激光表面合金化等。該技術(shù)主要用于強(qiáng)化零部件的表面，提高金屬材料及零部件的表面硬度、耐磨性、耐蝕性以及強(qiáng)度和改善高溫性能;同時(shí)可使零部件心部仍保持較好的韌性，使零部件的機(jī)械性能具有耐磨性好、沖擊韌性高、疲勞強(qiáng)度高的特點(diǎn)。運(yùn)用激光表面改性技術(shù)可以大幅度提高零部件質(zhì)量，成倍延長使用壽命，已廣泛應(yīng)用于冶金、汽車、軍工、船舶、石化、模具、輕工等行業(yè)。

2.1.1 激光淬火技術(shù)：它是利用聚焦后的激光束人射到鋼鐵材料表面，使其溫度迅速升高到相變點(diǎn)以上，當(dāng)激光移開后，由于仍處于低溫的內(nèi)層材料的快速導(dǎo)熱作用，使受熱表層快速冷卻到馬氏體相變點(diǎn)以下，從而實(shí)現(xiàn)工件表面相變硬化，激光淬火可以基本保持工件表面粗糙度不變。

2.1.2 激光熔凝強(qiáng)化：則是采用激光熔融金屬表面，激光束移開后，熔融的金屬直接從液態(tài)淬硬為固態(tài)，形成表面強(qiáng)化層的工藝。激光熔凝強(qiáng)化的不足之處，在于激光加工后的表面粗糙度有所降低，其降低幅度取決于激光加工工藝參數(shù)。激光淬火與熔凝處理的共同特點(diǎn)是不改變材料的成份。

2.1.3 激光表面合金化：工藝過程與激光熔覆類似，最大差別在于它添加的合金元素與基材充分混合，共同決定表面層的性能;而激光熔覆則主要利用所添加合金粉末的性能，基材對表面合金化層性能的貢獻(xiàn)很小。對于冶金行業(yè)軋輥、導(dǎo)位、輸送輥、夾送輥、剪刃等大量易損件來說，最大好處是將其整體合金化變成表面合金化或者熔覆，可使軋輥等易損件的使用壽命大幅度提高。

2.2 激光綠色再制造技術(shù)

指激光熔覆修復(fù)技術(shù)。它能夠修復(fù)以前大量報(bào)廢的大型工件，如齒輪軸、電機(jī)軸、葉片等。激光加工過程無污染、無三廢、屬綠色高新加工技術(shù)，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益明顯。

激光熔覆修復(fù)技術(shù)是采用激光束在選定工件表面熔覆一層特殊性能（如耐磨、耐腐蝕、耐疲勞、抗氧化等）的材料，以改善工件表面性能的工藝。與傳統(tǒng)的噴焊或者堆焊工藝相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）激光束的能量密度高，只要注入較少的能量就可以完成激光熔覆。零件熱影響區(qū)小，變形小，因此適合修復(fù)一些高精度零件或者對變形要求嚴(yán)格的零件，如風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸等。

（2）激光熔覆層稀釋率低，且可以精確控制，熔覆層的成分與性能主要取決于熔覆材料的成份。因此，可以采用各種性能優(yōu)良的材料對基材表面進(jìn)行改性;特別是可以采用激光熔覆技術(shù)修復(fù)一些常規(guī)堆焊工藝無法實(shí)現(xiàn)的工件，如渦輪發(fā)動機(jī)葉片、電機(jī)主軸等。

（3）激光熔覆層組織致密，微觀缺陷少，熔覆層與基材為冶金結(jié)合，強(qiáng)度高，因此可以用于一些重載條件下零件的表面強(qiáng)化與修復(fù)，如大型軋輥扁頭、大型齒輪、大型曲軸等零件的修復(fù)。

3 馬鋼應(yīng)用高功率激光加工技術(shù)實(shí)踐

高功率激光加工技術(shù)在冶金行業(yè)有很廣的應(yīng)用范圍。2005年 9月以來，安徽米特吉激光科技有限公司采用沈陽大陸激光成套設(shè)備有限公司生產(chǎn)的DL-T5000型5kW橫流co2激光器及激光加工成套設(shè)備，對馬鋼部分生產(chǎn)廠礦的備件進(jìn)行了加工處理，實(shí)驗(yàn)證明：

3.1 軋輥進(jìn)行激光表面合金化強(qiáng)化處理后，使用壽命成倍增加

應(yīng)用實(shí)例如下：

（1）第三鋼軋總廠棒材生產(chǎn)線

2005年9月 1日￣11月8日，前后軋制69天，經(jīng)高功率激光表面合金化強(qiáng)化處理后的軋輥（注：以下簡稱“激光輥”）上生產(chǎn)線第一機(jī)架試驗(yàn)，三個(gè)部位累計(jì)過鋼量達(dá)13.4萬t（注：普通輥過鋼量為6萬t），比普通輥過鋼量增加7.4萬t，軋輥壽命提高了1.23倍。

6天后，第二對激光輥上生產(chǎn)線第三機(jī)架試驗(yàn)，前后軋制59天，四個(gè)部位累計(jì)過鋼量達(dá) 15.6萬t（注：普通輥過鋼量為6.8萬 t），比普通輥過鋼量增加8.8萬 t，軋輥壽命提高了1.29倍。軋制后的激光輥，機(jī)床切削加工順利，龜裂紋減少，表面光潔度提高，內(nèi)部高溫性能得到改進(jìn)與優(yōu)化。

（2）第三鋼軋總廠線材生產(chǎn)線

在棒材生產(chǎn)線軋輥取得明顯成效的基礎(chǔ)上，又在線材生產(chǎn)線的1架、4架、5架、6架及8架的軋輥上進(jìn)行了多輪試驗(yàn)，其中8架激光輥壽命提高最為明顯，提高了近2倍。尤其是中間夾送輥經(jīng)激光處高功率激光表面合金化強(qiáng)化處理后，其壽命可以提高3倍。

（3）第三鋼軋總廠大H型鋼生產(chǎn)線

據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，2006年4月 16日，第一對激光立輥（直徑 90（毫米）開始上 U2架軋機(jī)軋制，5月 12日最終下線，累計(jì)軋制大 H型鋼.00x300，700x300等規(guī)格）22636t，比普通軋棍多軋制16260t，立輥使用壽命提高了2.55倍。2006年5月 1日，第二對激光立輥（直徑900rnm）上U1架軋機(jī)軋制，5月20日最終下線，累計(jì)軋制大H型鋼21199t，比普通軋輥多軋制 16136t，軋輥使用壽命提高2.33倍。

5月21日，H型鋼分廠加工工段機(jī)床對激光立輥進(jìn)行后續(xù)加工切削，結(jié)果表明激光棍切削量只有普通棍切削量的二分之一，切削順利且熱裂紋減少，軋輥表面光潔度提高。

6月8日，第三對激光立輥上小H型鋼軋機(jī)軋制，7月14日下線，累計(jì)軋制小 H型鋼（400x200，150x150等規(guī)格）25137t，比普通軋輥多軋制18137t，軋輥使用壽命提高2.59倍。

（4）第二鋼軋總廠棒材、線材、型鋼二分廠生產(chǎn)線#p#分頁標(biāo)題#e#

由于二鋼軋總廠各分廠的鋼材產(chǎn)品品種多，批量少，加上部分軋機(jī)不能在線加油，軋機(jī)軸承更換頻繁，致使激光輥效率發(fā)揮不夠明顯，該總廠技術(shù)科總結(jié)結(jié)果反映，激光輥平均使用壽命可以提高0.9倍;如通過改造軋機(jī)實(shí)現(xiàn)在線加油，激光輥使用壽命一般都可以提高一倍以上。

3.2 ”綠色再制造技術(shù)”

激光熔覆技術(shù)，可以在最短時(shí)間內(nèi)將各類重要零部件局部磨損位置的尺寸得到還原，備件變廢為寶。水泵軸、風(fēng)機(jī)軸、空壓機(jī)曲軸、軋機(jī)高速傘齒輪軸、活塞、軸套、礦山圓錐磨盤、缸體、鑄鐵機(jī)鏈輪及軋輥等報(bào)廢備件采用激光熔覆技術(shù)修復(fù)，效果十分明顯。

部分應(yīng)用實(shí)例如下：

（1）馬鋼車輪輪箍廠5000t油壓機(jī)的核心部件一直徑500rnm注塞，其表面大面積磨損。2006年國慶期間，采取激光熔覆技術(shù)修復(fù)，加工6天，修復(fù)后的油壓機(jī)注塞完好如新，裝機(jī)使用正常;修復(fù)費(fèi)用僅為備件價(jià)值的40%.

（2）2006年 11月 13日上午 10時(shí)40分，第一能源總廠4萬耐制氧機(jī)308循環(huán)泵房2號水泵一直徑80mm的軸承配合面嚴(yán)重磨損，庫房沒有備件，將影響安全生產(chǎn)。該廠設(shè)備保障部求助激光修復(fù)處理，要求在6h內(nèi)完成。安徽米特吉激光科技有限公司采取激光熔覆技術(shù)修復(fù)，5個(gè)多小時(shí)完成修復(fù)工作，費(fèi)用 3000元;安裝后恢復(fù)正常運(yùn)行方式，保證了制氧生產(chǎn)，在場的工程技術(shù)人員十分感動。

（3）馬鋼嘉華新型建材有限公司從德國進(jìn)口的立磨風(fēng)機(jī)軸（長2200mm，最大部位直徑1600mm）軸承部位嚴(yán)重磨損，無法使用，價(jià)值十幾萬元。2006年國慶期間采取激光熔覆技術(shù)修復(fù)，5天完成修復(fù)工作，費(fèi)用不到三分之一。

（4）第一鋼軋總廠CSP生產(chǎn)線碼軋機(jī)支撐輥，自重38t，價(jià)值上百萬元，輥面多處出現(xiàn)巴掌大掉塊，有的地方深達(dá)30mm，棄之一邊基本報(bào)廢。采用激光熔覆技術(shù) +加熱保溫技術(shù)進(jìn)行修復(fù)處理完畢，待上線軋制檢驗(yàn)。

（5）第二煉鐵總廠鑄鐵機(jī)已多年不用，年久失修，三套鑄鐵機(jī)主傳動鏈輪齒輪磨損十分嚴(yán)重，無法工作，全部更新需要近 180萬元。公司下達(dá)的指令是必須在2007年2月8日前（40天）完成修復(fù)任務(wù)。為了確保鋼新區(qū)4000耐大高爐順利投產(chǎn)，該廠設(shè)備保障部委托激光公司采用激光熔覆技術(shù)處理，日以繼夜用了27天時(shí)間完成了修復(fù)工作;修復(fù)好的鑄鐵機(jī)生產(chǎn)正常，最多鑄鐵一天可達(dá)2000多噸;激光修復(fù)費(fèi)用約為更新費(fèi)用的四分之一。

3.3 高功率激光加工技術(shù)在馬鋼應(yīng)用總體評價(jià)

高功率激光加工技術(shù)在馬鋼試用、實(shí)驗(yàn)一年多來，廠礦、部門有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和專家都給予了充分的肯定，生產(chǎn)線技術(shù)人員和軋輥?zhàn)鳂I(yè)區(qū)同志都給予較為滿意的評價(jià)，其效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）普通軋輥經(jīng)過高功率激光加工技術(shù)強(qiáng)化處理后，軋輥整體綜合機(jī)械性能不改變，軋輥表面孔型尺寸不改變，軋輥的表面強(qiáng)度、硬度和耐磨性得到提高。

（2）軋輥內(nèi)在高溫性能得到改善，表現(xiàn)為切削后輥面熱裂紋減少，光潔度提高。

（3）軋制噸位大幅提高，軋輥使用壽命成倍延長，輥耗明顯降低，軋輥采購成本降低。

（4）激光熔覆技術(shù)修復(fù)損壞備件，質(zhì)量好，快捷、爭取了時(shí)間，其修復(fù)費(fèi)用一般只有新件的30%-40%，節(jié)約了采購費(fèi)用。

（5）間接效益十分明顯;一是可以減少軋機(jī)停機(jī)時(shí)間和換輥次數(shù)，有效地提高了設(shè)備作業(yè)率。二是降低了工人換輥和軋輥加工的勞動強(qiáng)度;三是可以減小軋輥堆放場地，成倍減少資金占用。

總之，利用高功率激光加工技術(shù)強(qiáng)化處理軋輥和修復(fù)備件，可以降低鋼材制造成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。