Використання лазера як «ручки» та металевого порошку як «чорнила»
Технологія лазерного відновлення — це вдосконалена технологія ремонту, в основі якої лежить лазерне покриття. Він об’єднує лазерну обробку, матеріалознавство та цифрові технології. Він може не тільки відновити геометричні розміри пошкоджених компонентів, але й зробити так, щоб їхні характеристики відповідали або навіть перевищували характеристики нових продуктів. Ця технологія характеризується високою якістю, ефективністю, енергозбереженням, збереженням матеріалів і захистом навколишнього середовища, що робить її ключовою рушійною силою зеленого промислового розвитку. Завдяки стратегії «Зроблено в Китаї 2025», яка висвітлює екологічне виробництво як ключовий проект, лазерне відновлення отримало потужну політичну підтримку. Очікується, що до 2025 року обсяг індустрії лазерного відновлення в Китаї досягне 10 мільярдів юанів, що вказує на величезний ринковий потенціал і активну зміну екосистеми кругового використання в обробній промисловості.
Технічні принципи та порівняльні переваги
Технічною основою лазерного відновлення є лазерне наплавлення, яке утворює металургійно зв’язаний шар на поверхні підкладки за допомогою високо-енергетичного лазерного променя для плавлення матеріалу накриття. Ця технологія пропонує значні переваги перед традиційними методами ремонту: невелика зона термічного-впливу, що мінімізує деформацію заготовки; низька швидкість розведення облицювального шару з точним контролем; щільна мікроструктура облицювального шару з нечисленними мікроскопічними дефектами; і висока міцність металургійного зчеплення з підкладкою. Матеріали, які зазвичай використовуються під час лазерного відновлення, включають порошки сплавів на основі Co-Cr, Ni-Cr і Fe-Cr, а керамічні матеріали можуть додаватися для формування метало-керамічних покриттів. Порівняно з традиційними технологіями, такими як термічне напилення, відремонтований лазером-шар утворює металургійний зв’язок із підкладкою, що призводить до однорідної та тонкої внутрішньої структури, яка усуває такі дефекти, як пори, тріщини та шлакові включення, тоді як покриття, нанесені термічно напиленим, механічно з’єднані та містять численні пори.
Історія розвитку та розширення застосування
Технологія лазерного відновлення виникла в 1970-х роках. У 1974 році американський дослідник Гнанамуту вперше досяг лазерного покриття на металевій підкладці. У 1981 році британська компанія Rolls-Royce застосувала технологію лазерного покриття для ремонту лопатей-аеродвигунів, ознаменувавши її вихід на етап промислового застосування. Після реформування та відкриття, впровадження іноземного високоякісного-обладнання та потреби в ремонті для великих інженерних проектів створили можливості для розвитку технології лазерного відновлення в Китаї. За останні роки сфера застосування технології лазерного відновлення в Китаї розширилася від авіації та оборони до більш ніж десяти галузей промисловості, включаючи гірниче обладнання, енергетику та металургійне обладнання. У Китаї було створено майже 300 підприємств із відновлення лазерів, що формує модель спільного розвитку за участю університетів, дослідницьких інститутів і промислових підприємств, сприяючи швидкоплинному розвитку цієї технології від дослідницького до промислового застосування.
Ключові технологічні прориви та інновації
Обладнання для відновлення лазерів зазнало технологічної еволюції від CO2-лазерів до волоконних і напівпровідникових лазерів. Нове лазерне обладнання пропонує вищу гнучкість і характеристики коротшої довжини хвилі, обіцяючи ширші перспективи застосування. Лазерне-відновлення-поля-за допомогою лазера стало важливим засобом для високоякісного-відновлення. Вводячи зовнішні енергетичні поля, такі як електромагнітні поля, поля індукційного нагріву та ультразвукові коливання, він може ефективно регулювати потік розплавленої ванни, пригнічувати пори та контролювати мікроструктуру. Щоб задовольнити потреби-відновлення на місці, дослідники подолали технологію повно-кутового лазерного покриття, досягнувши лазерного ремонту під різними кутами нахилу. Проте лазерне відновлення все ще стикається з такими проблемами, як обмежений вибір спеціальних матеріалів і залежність від імпорту основного обладнання та компонентів, які стримують подальший промисловий розвиток.
Застосування в промисловості та економічні вигоди
У промисловості гірничого машинобудування технологія лазерного відновлення використовується для ремонту ключових компонентів, таких як головні вали дробарок і гідравлічні опорні колони. Термін служби відремонтованого головного вала можна збільшити в 2-3 рази. У сталеливарній промисловості технологія застосовується для ремонту роликів. Продуктивність відремонтованих роликів покращується в кілька разів порівняно з традиційними процесами, лише на одну третину ціни нового ролика. У нафтохімічній та енергетичній промисловості лазерне відновлення використовується для ремонту ключового обладнання, наприклад газових і парових турбін, вартість нового обладнання становить менше 10%. Згідно зі статистичними даними, щорічний обсяг утилізації гідравлічних опорних колон у Китаї становить близько 450 000 тонн. Використання технології відновлення лазерної оболонки може заощадити 190 000 тонн умовного вугілля щорічно та значно зменшити забруднення атмосфери. Ця технологія може заощадити 40% витрат, 60% енергії, 70% матеріалів і скоротити викиди на 80%, забезпечуючи значні економічні та екологічні переваги.
Компоненти лазерного обладнання
Волоконно-лазерна машина
Головка для лазерного покриття
Пристрій для подачі порошку
Головка лазерного зміцнення
Виклики та майбутні тенденції
Розробка технології лазерного відновлення стикається з чотирма основними проблемами: обмежена різноманітність спеціальних матеріалів і брак високо-ефективних ремонтних матеріалів; залежність від імпорту основного обладнання та компонентів; недостатнє визнання галузі; і неповна стандартна система. У майбутньому технологія розвиватиметься в напрямку інтелекту та автоматизації. Штучний інтелект і машинне навчання використовуватимуться для оптимізації виробничих параметрів і досягнення-контролю якості в реальному часі. -Відновлення на місці є ще однією важливою тенденцією, коли лазерне обладнання розвивається в напрямку мініатюризації та інтеграції. До 2035 року мета розвитку індустрії лазерного відновлення в Китаї — розвиток інтелектуальних технологій і досягнення промислового масштабу 50 мільярдів юанів. У довгостроковій перспективі лазерне відновлення підтримуватиме розподілені системи обслуговування, отримає широке застосування у-виробництві високоякісного обладнання та забезпечить основну технічну підтримку для циклічної економіки.