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激光再制造应用现状与拓展难题
关键词:激光再制造
2020-03-09

身体出问题了,需要医生“修理”,机器出问题了,需要工程师修理。无论是生活中还是生产中,修理是一项非常重要的事情,特别是对于金属方面产品,机床、机械、机车、汽车,以及一些昂贵的装备,不可能坏了一点部件就把它废弃,首要选择就是把它修理好。

 

再制造应用广泛

       修理修复工业金属产品被称为“再制造”,它是一项变废为宝的工艺。产品的损害常常是因为长时间的运作导致磨损、崩裂、腐蚀等导致,再制造可以给产品还原到原来的性能,可以为我国节省大量的资源,也给生产企业节省了成本,是一项利国利民的技术。

      上述的机床、工程机械、矿山机械、机车和汽车等都是规模很大的行业,每年会出现巨大的返修、翻新、修复的需求,再制造的应用非常广阔。一般而言,与新品相比,再制造零部件可节约成本50%,节能60%,节材70%,大气污染物排放量降低80%以上。截至2018年底,我国的汽车保有量达到2亿4千万辆,后市场产值超万亿规模,我国具备再制造产业基础的企业已超过2000家。另据估算,2018年再制造发动机10万台、自动变速箱20万台、转向机2000万只,整个汽车零部件再制造行业交易额或超过300亿元。

       再制造的其中一项重要技术就是表面处理工程,使用的方法包括离子技术、激光技术、电弧喷射技术等,其中以新兴的激光技术最为活跃,激光表面处理或者说激光再制造,已成为金属产品修复的一个重要方法。在过去很长一段时间,激光再制造在全球激光学术界都受到很大关注,欧洲、美国、日本、俄罗斯等国家都有深入研究,并广泛用于航空航天、国防军工,以及民用产品上。我国在科研上虽然晚了一些,但是技术水平逐渐追赶了发达国家水平,清华大学、浙江工业大学、江苏大学、苏州大学,以及中科院下属机构,部队下属研究机构等科研单位做了大量工作,并为我国培养了大量激光再制造的年轻科研人才。

齿轮轴轴径激光修复-久恒光电
 

我国激光再制造现状

      在我国,激光再制造的产业应用已经有20多年的时间,技术越发成熟。如今掌握这方面技术的企业已经遍布山东、辽宁、江苏、湖北、广东、陕西、河北、河南等多个省市。由于激光再制造普遍用于石化、冶金、电力、铁路、机械、汽车、航空、船舶等重工业,因此目前主要应用是以长江以北地区较多,市场份额也是北方占据较多。

       较早的应用可能是从中科院金属所、清华大学、江苏大学等科研单位承接社会产业需求,定制化地给银河网站的解决方案。后来,一批企业陆续进入激光再制造,提供、激光表面硬化、激光淬火、激光冲击喷丸等工艺,为许多矿山机械、工程机械、石化等带来了极大的便利。 

      据不完全统计,目前我国从事激光再制造的民用企业大约40-50家,规模大的已经数亿元,而小的则在千万元以下。全年我国激光再制造的产值超过25亿元,服务修复各个产业核心产品价值数百亿元,为我国减少了许多重要行业的损失。在军工方面的装甲军备、舰船等也有很多应用,目前难以统计。

       激光再制造给许多核心零部件产品实现诊断、治疗、修复,让产品焕然一新,重新投入工作,这项技术的贡献巨大。跟激光切割一样,激光再制造在我国已经发展了二十多年,然而今天激光切割装备年产值有数百亿元,从事的企业近千家。这就有一个疑问:为什么同样是较早发展的激光再制造规模仍然这么小?这个问题也是困扰从事激光再制造企业家多年的难题。在一般应用技术基本成熟的情况下,如何才能推进激光再制造的市场规模扩大是当前最重要的问题。

 

激光熔覆
 

 

激光再制造应用规模在拓展过程中,会遇到以下几个难题:

1)技术门槛高。从事激光再制造,不像激光打标设备、切割设备那样凑足部件组装出来就能用,再制造的设备有一定的技术门槛,特别是熔覆工艺的喷粉、熔覆头以及光输出能量的调试都是有难度的。目前从事激光再制造的企业里,大部分都是已经做了很多年,有一定的技术积累。有些企业也许也想介入参与,但是由于技术不过关是无法进入的。

2)个性化加工为主,难以批量化。激光再制造或者说激光修复目前承接都是修理金属部件的作用,而这些金属部件磨损部位不同,常常都是要求单个加工,而且形状各异,对三维修复、夹具固定的设计要求也高。这一点上,二维激光钢板切割基本上一套设计通用。所以激光切割很容易实现批量化工作,而激光再制造很难批量化。

3)激光器与核心设备价格高。目前激光再制造一般采用较高的功率:4kw, 6kw甚至10kw。早期较多使用co2激光器,近些年高功率输出半导体激光器也逐渐增加了。轴流co2激光器比较成熟,但是高功率的产品总价也不会太低,而高功率半导体激光器许多依赖外国进口,主要是laserline, dilas, trumpf, lasertel等几个公司,价格稍稍昂贵,国产的半导体激光器也有几家公司,价格稍低,然而目前出货量并不是很大,难以与光纤激光器相比。再加上其他组成部件,全套的激光再制造设备价格不菲。一般的中小企业,熔覆修复的需求不持续的话,很难会去投资这么大购买全套的激光再制造设备,这也是导致激光再制造产值不大的原因。所以,未来修复的发展方向,很可能会走地区加工站服务模式,就像家里电器坏了,就在附近找个店维修。

4)推广不足,知名度低。其实在再制造的技术里,激光的使用只是其中一个类型,还有镀层、热喷涂、等离子注入、化学热处理等技术。在长期一段时间里停留在科研层面较多,实用少,推广不足,人们对这项技术的认识不够,这也是导致激光再制造市场使用不够的一个重要原因。




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