礦用機械易損部件激光熔覆再制造可行性研究報告

..word..礦用機械易損部件激光熔覆再制造可行性研究報告2016年4月15日前言目前，國內(nèi)已有礦用機械易損部件激光熔覆再制造技術(shù)的應(yīng)用，再制造工程可以使得磨損表面得到修復(fù)，恢復(fù)零部件使用性能。也可在設(shè)備使用前將易損部位提前熔覆保護層，增強其耐磨性、耐腐蝕性，使設(shè)備的使用壽命更長。再制造工程和產(chǎn)業(yè)化可為企業(yè)帶來巨大利潤，成為新的經(jīng)濟增長點。通過再制造產(chǎn)業(yè)化方式，企業(yè)可以減少設(shè)備投資，修舊復(fù)用，降低生產(chǎn)成本，節(jié)省資金、節(jié)能、節(jié)材和保護環(huán)境，增強企業(yè)的市場競爭力，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。煤炭行業(yè)現(xiàn)狀目前，在多種因素的作用下，煤炭企業(yè)運行十分困難。全國煤企2015年虧損面已經(jīng)超過八成，且因為產(chǎn)能過剩很嚴重，2016年仍舊不樂觀。目前，相關(guān)部門多次強調(diào)，要加快對長期虧損、產(chǎn)能過剩嚴重的“僵尸”企業(yè)的重組整合或退出。煤炭行業(yè)也因此成為承受重壓的行業(yè)。2015年以來，煤價已下跌三成，降到不如土豆的價格，坑口噸煤價格甚至賣不過一立方沙子。很多煤企更是巨虧，不得不通過降薪、甚至停薪留職、內(nèi)部休假等手段來降本增效。但即便如此，煤炭“僵尸”企業(yè)為了維持現(xiàn)金流，寧愿虧損也不停產(chǎn)。但實際上，隨著煤價不斷降低，煤企的資金鏈已經(jīng)快頂不住。數(shù)據(jù)顯示，目前煤炭行業(yè)平均資產(chǎn)負債率已經(jīng)達到67.7%，處于2000年以來最高水平。面對經(jīng)營環(huán)境惡化日益嚴重，堅持可持續(xù)性發(fā)展已經(jīng)成為所有煤炭企業(yè)的共識。循環(huán)經(jīng)濟突破傳統(tǒng)觀念的束縛，旨在對有限的資源進行高效的重復(fù)循環(huán)利用。經(jīng)濟發(fā)展是建立在維護自然生態(tài)系統(tǒng)良性運行的基礎(chǔ)上，注重減少資源消耗、降低廢棄物排放和提高資源使用率，最大限度地實現(xiàn)資源的有效利用。煤炭企業(yè)，作為典型的資產(chǎn)密集型企業(yè)，其生產(chǎn)能力、生產(chǎn)效率、企業(yè)利潤在很大程度上取決于設(shè)備完好的水平。其中，設(shè)備保養(yǎng)和維修也是重要組成部分。目前煤礦企業(yè)的現(xiàn)狀，要求煤礦機電設(shè)備高效的重復(fù)循環(huán)利用，延長設(shè)備的使用壽命，以節(jié)約生產(chǎn)成本。故而加強對煤礦機電設(shè)備的維修和重復(fù)利用將有廣闊的空間和利潤。企業(yè)集團應(yīng)鼓勵內(nèi)部企業(yè)積極開展設(shè)備維修業(yè)務(wù)，節(jié)省資金、提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。二、礦用機械易損部件激光熔覆再制造技術(shù)案例分析目前，國內(nèi)已有礦用機械易損部件激光熔覆再制造技術(shù)的應(yīng)用，再制造工程可以使得磨損表面得到修復(fù)，恢復(fù)零部件使用性能。也可在設(shè)備使用前將易損部位提前熔覆保護層，增強其耐磨性、耐腐蝕性，使設(shè)備的使用壽命更長。再制造工程和產(chǎn)業(yè)化可為企業(yè)帶來巨大利潤，成為新的經(jīng)濟增長點。通過再制造產(chǎn)業(yè)化方式，企業(yè)可以減少設(shè)備投資，修舊復(fù)用，降低生產(chǎn)成本，節(jié)省資金、節(jié)能、節(jié)材和保護環(huán)境，增強企業(yè)的市場競爭力，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。（一）、刮板輸送機關(guān)鍵零部件的激光熔覆再制造項目刮板輸送機使用環(huán)境惡劣，工況苛刻，大量零部件工作表面由于磨損失效而造成整機報廢，激光熔覆再制造技術(shù)可以使刮板輸送機關(guān)鍵零部件的磨損表面得到修復(fù)，恢復(fù)零部件使用性能。刮板輸送機關(guān)鍵零部件的重復(fù)再制造工程可以最大限度地利用廢舊資源中蘊含的價值。有利于緩解煤礦企業(yè)設(shè)備完好和資金不足的矛盾。1、經(jīng)濟效益分析據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全國煤機年產(chǎn)值達到1500億-1600億，在用采煤設(shè)備為1300多套，其中刮板輸送機近40萬m，每年購置刮板機耗資180億元左右。全國范圍內(nèi)每年都有大量的煤機裝備報廢，廢舊裝備是開展再制造的資源基礎(chǔ)。2009年，全國報廢刮板輸送機195173t；2010年，全國將報廢刮板輸送機238434t。按照新品價格30%-40%折價計算，預(yù)計維修市場每年市場容量為450億-640億。據(jù)山東新汶礦業(yè)集團統(tǒng)計，2013年前，每年新采購、新制刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機20臺左右，耗資1.2億元。截止目前，設(shè)備在用量達到103臺。若其中的50％具有修復(fù)價值，則可滿足產(chǎn)能3億元人民幣的再制造工程的資源供應(yīng)。1.1中部槽重復(fù)再制造經(jīng)濟效益分析全國規(guī)模以上煤炭企業(yè)已失效報廢的中部槽100多萬節(jié)，再制造可修復(fù)使用的中部槽達到50萬節(jié)之多，利潤高達62億多。按年再制造1200節(jié)中部槽，一節(jié)新中部槽3萬元，再制造費用按新品60%計算，預(yù)期可為公司創(chuàng)造利潤200余萬元（利潤按10%計算）。中部槽的激光熔覆采用激光器，激光功率為7千瓦，每節(jié)中部槽激光熔覆約需要0.7小時，每節(jié)中部槽需要采用激光熔覆專用粉末約2.5公斤，熔覆層厚度約為1.5mm，熔覆后無需機械加工即可使用。每節(jié)中部槽激光熔覆成本大致如下：粉末成本：200元/公斤（粉末成本）×3.5公斤=700元/節(jié)電費：15（激光設(shè)備每小時耗電）×0.7（每節(jié)需要熔覆時間）≈10元/節(jié)激光器輸出窗口鏡、外光路聚焦鏡片和干燥劑費用：10元/小時×0.7（每節(jié)需要熔覆時間）=7元/節(jié)激光加工設(shè)備折舊和維護成本：30元/小時×0.7（每節(jié)需要熔覆時間）=21元/節(jié)人工費（含工人、技術(shù)員、管理員和銷售員等）：70元/小時×0.7（每節(jié)需要熔覆時間）=49元/節(jié)推廣宣傳和運輸?shù)龋?00元/節(jié)廠房建設(shè)和維護費用、水電費：100元/節(jié)雜費（包含抹布、砂紙、清洗劑、打磨機和冷水機組用蒸餾水等）3元/小時×0.7（每平米需要熔覆時間）=21元/節(jié)每節(jié)中部槽激光熔覆成本合計：700+10+7+21+49+300+100+21≈1208元/節(jié)每節(jié)中部槽激光熔覆總加工費：3000元/節(jié)目前年均中部槽激光熔覆加工節(jié)數(shù)：1200節(jié)目前年均中部槽激光熔覆加工總額：3000元/節(jié)×1200節(jié)=360萬元目前年均中部槽激光熔覆加工利潤約：（3000-1208）×1200節(jié)≈215萬元同時，每節(jié)中部槽一次熔覆強化后，即可節(jié)約1.5噸鋼材，經(jīng)多次激光熔覆強化處理，該中部槽可以循環(huán)利用，使用壽命可延長2-3倍。提高煤炭產(chǎn)量的同時，顯著減少煤炭企業(yè)更換中部槽的成本。1.2新制中部槽與再制造對比經(jīng)濟效益對比分析新制中部槽與再制造對比分析成本過煤量噸煤成本新制730中部槽2萬120萬噸166.7元/萬噸再制造730中部槽1.2萬150萬噸80元/萬噸新制1米中部槽4萬290萬噸137.9元/萬噸再制造1米中部槽2.4萬260萬噸92.3元/萬噸1.3.刮板重復(fù)再制造經(jīng)濟效益分析易磨損件刮板占刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機總重量的4％，對其進行再制造修復(fù)，則可創(chuàng)利216萬元。新生產(chǎn)、再制造維修刮板基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下：平均一個刮板的重量：50kg年再制造維修刮板數(shù)量：2000個一個刮板價格：1800元平均一個刮板再制造費用：新品×60%其中，粉末成本：220元/公斤×3公斤=660元經(jīng)濟效益=2000×1800×60%=216萬元再制造利潤最高的為刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機中的鏈輪軸組傳動部分，如鏈輪、軸等，都可以進行再制造修復(fù)。2、社會效益分析目前國內(nèi)激光熔覆再制造技術(shù)基本成熟，再制造產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，再制造各類廢舊零部件數(shù)量逐年增加，效益十分顯著。刮板輸送機關(guān)鍵零部件的重復(fù)再制造項目完成后，能夠直接為煤礦機械行業(yè)創(chuàng)益，首先緩解公司的經(jīng)濟壓力；能夠降低煤礦生產(chǎn)成本，緩解煤礦壓力，減少煤礦機械報廢量；再制造關(guān)鍵零部件在刮板機上的應(yīng)用真正做到節(jié)能環(huán)保，從很大程度上降低環(huán)境保護的壓力。同時該項目將相應(yīng)創(chuàng)造大量的工作崗位，緩解社會就業(yè)壓力。3、環(huán)境效益分析刮板輸送機關(guān)鍵零部件的激光熔覆重復(fù)再制造后的產(chǎn)品各項指標達到或超過新機標準。同時，激光熔覆再制造技術(shù)幾乎不產(chǎn)生固體廢物，大氣污染物排放量比制造新刮板輸送機關(guān)鍵零部件降低80%以上。環(huán)境效益非常明顯。4、再制造溜槽、軸、鏈輪、刮板等圖片再制造溜槽圖片軸再制造前后對比圖片再制造刮板圖片再制造鏈輪圖片、再制造軸圖片（二、）液壓支架立柱激光熔覆再制造項目液壓支架立柱是煤礦機械關(guān)鍵設(shè)備，立柱長期在酸性腐蝕介質(zhì)中工作，立柱表面承受著腐蝕、磨損和沖擊。目前立柱修復(fù)主要采用電鍍工藝，該工藝存在修復(fù)后的立柱使用壽命短、可修復(fù)次數(shù)少和環(huán)境污染嚴重等問題，因此，需要一種新修復(fù)技術(shù)取代電鍍修復(fù)技術(shù)。相比較于電鍍、電焊和氬弧焊等傳統(tǒng)表面涂層技術(shù)，激光熔覆技術(shù)具有如下一些優(yōu)點:①涂層與基體為牢固的冶金結(jié)合;②加熱和冷卻速度快，涂層組織致密;③基體熱變形和稀釋率小。國內(nèi)2009年已開始規(guī)模采用激光熔覆技術(shù)用于立柱的再制造，并在煤礦井下現(xiàn)場試用，通過近六年的生產(chǎn)與使用，獲得大量相關(guān)的實踐經(jīng)驗數(shù)據(jù)。1激光熔覆再制造立柱和電鍍修復(fù)立柱的性能比較電鍍修復(fù)是目前主要的立柱修復(fù)技術(shù)，而激光熔覆再制造是新型的立柱修復(fù)技術(shù)。模擬試驗和實際應(yīng)用已經(jīng)證明，激光熔覆再制造立柱的性能遠高于電鍍修復(fù)立柱的性能。圖1激光熔覆再制造立柱和電鍍修復(fù)立柱模擬對比試驗是按照中國煤炭行業(yè)標準MT313－92，模擬液壓支架立柱實際工作環(huán)境，對激光熔覆再制造立柱和電鍍修復(fù)立柱的性能(密封性能、耐久性能和強度等)進行對比檢測試驗，可見，在模擬環(huán)境下，激光熔覆再制造立柱使用壽命是電鍍修復(fù)立柱使用壽命的6倍。圖2激光熔覆再制造立柱和電鍍修復(fù)立柱實際使用壽命對比是激光熔覆再制造立柱和電鍍修復(fù)立柱在同一煤礦同一工作條件下的實際使用壽命對比，應(yīng)當(dāng)說明的是，電鍍修復(fù)立柱使用壽命約為1年－1．5年，激光熔覆再制造立柱，使用時間已近6年，所有立柱尚未出現(xiàn)明顯生銹和密封性能下降等質(zhì)量問題，因此目前無法準確得知激光熔覆再制造立柱的實際使用壽命。據(jù)保守估計，在實際工作環(huán)境下，激光熔覆再制造立柱實際使用壽命至少應(yīng)為電鍍修復(fù)立柱實際使用壽命的6倍。激光熔覆再制造立柱的性能遠高于電鍍修復(fù)立柱性能的原因在于:①激光熔覆層與立柱基體是牢固的冶金結(jié)合層;②在成分和組織方面經(jīng)過專門設(shè)計的激光熔覆不銹鋼涂層組織致密，無裂紋和氣孔;③熔覆層厚，強韌性好。因此激光熔覆再制造立柱具有很好的耐腐蝕、耐磨和抗沖擊性能，而電鍍鍍層與立柱基體結(jié)合強度低，鍍層中微裂紋和針孔多，耐腐蝕和耐磨損性能低鍍層薄而且脆不耐沖擊。經(jīng)濟效益分析2．1目前立柱的激光熔覆再制造和電鍍修復(fù)各環(huán)節(jié)費用和市場售價的比較無論是立柱的激光熔覆再制造還是立柱的電鍍修復(fù)，其市場價格主要由以下6個部分決定:拆裝、運輸、清洗、激光熔覆或電鍍、機械加工和利潤。以上各部分的大致費用見表1，由該表可見，對于立柱的修復(fù)或再制造而言，無論采用何種工藝，拆裝、運輸、清洗、機械加工的成本相差不大。上述兩種工藝主要不同之處在于:①激光熔覆或電鍍部分。單一激光熔覆部分的成本(約為3000元/m2)大致為單一電鍍部分成本(約為500元/m2)的6倍;②利潤部分和市場售價。由于激光熔覆再制造立柱的使用壽命約為電鍍修復(fù)立柱使用壽命的6倍，因此，如表1所示，目前單位表面積激光熔覆再制造立柱的市場售價和利潤比電鍍修復(fù)立柱的市場售價和利潤高出很多。應(yīng)當(dāng)說明的是，表1主要是根據(jù)外地公司情況而言，表1中各個因素的數(shù)值顯然會隨立柱修理時運輸距離和修理廠家等情況的不同而有所不同，因此，表1中的數(shù)據(jù)是大致的，并非精確數(shù)值。表1(2015年)單位表面積兩種工藝各部分成本和市場售價的比較(元/m2)2．2激光熔覆再制造立柱經(jīng)濟效益發(fā)展趨勢激光熔覆再制造立柱是一種新的技術(shù)，該技術(shù)已應(yīng)用時間較短，其成本和利潤隨時間會有較大改變。圖3顯示了激光熔覆再制造立柱整個過程中激光熔覆環(huán)節(jié)的成本隨時間變化而變化的情況，該圖顯示在激光熔覆再制造立柱技術(shù)應(yīng)用初期(即2009年)，激光熔覆成本非常高，約為8500元/m2。目前(即2016年)，激光熔覆成本已降低到3000元/m2，預(yù)計到2018年，激光熔覆成本可降低到2500元/m2。從長遠發(fā)展而言，除去通貨膨脹因素，預(yù)計到2025年后，激光熔覆成本可降低到2000元/m2左右。激光熔覆成本不斷下降的主要原因在于:在該技術(shù)應(yīng)用初期，激光加工設(shè)備投資和研發(fā)成本很高，粉末總需求量少，加工量很少，因此激光熔覆成本很高;目前，設(shè)備投資和研發(fā)成本相對明顯降低，部分二氧化碳激光器被大功率半導(dǎo)體激光器取代，生產(chǎn)過程中用電和用氣費用下降，而粉末的大量生產(chǎn)導(dǎo)致粉末單位成本明顯下降，激光熔覆加工量明顯增多，成本明顯降低;未來幾年，隨著大功率半導(dǎo)體激光器全面取代二氧化碳激光器作為激光熔覆主要加工設(shè)備，生產(chǎn)過程中用電和用氣費用繼續(xù)下降，激光熔覆成本會繼續(xù)下降;從長遠發(fā)展來看，隨著大功率半導(dǎo)體激光器和光纖激光器等新型高性能激光器的規(guī)模化生產(chǎn)、性能提升和國產(chǎn)化，激光器的購置和運行成本繼續(xù)降低，激光熔覆生產(chǎn)效率持續(xù)增加，激光熔覆再制造立柱也會徹底取代電鍍修復(fù)立柱導(dǎo)致加工量顯著增加，規(guī)模化效益顯著，激光熔覆成本會繼續(xù)下降到一定程度。圖3單位表面積立柱的激光熔覆成本變化趨勢圖4激光熔覆再制造立柱和電鍍修復(fù)立柱的成本、利潤和市場售價隨時間變化趨勢1—激光熔覆再制造立柱的市場售價2—立柱激光熔覆再制造立柱的成本3—激光熔覆再制造立柱的利潤4—電鍍修復(fù)立柱的市場售價5—電鍍修復(fù)立柱的利潤6—電鍍修復(fù)立柱的成本圖4顯示了激光熔覆再制造立柱和電鍍修復(fù)立柱的成本、利潤和市場售價(即客戶愿支付的價格)隨時間變化而變化的情況。激光熔覆再制造立柱或電鍍修復(fù)立柱的成本包括拆裝、運輸、清洗、激光熔覆或電鍍和機械加工這五個部分的成本。由圖4可見:①電鍍修復(fù)立柱的成本、利潤和市場售價基本保持不變，其原因在于電鍍修復(fù)立柱的技術(shù)和市場已經(jīng)成熟和穩(wěn)定;②激光熔覆再制造立柱的成本最初(2009年)很高，達8500元/m2，成本隨時間明顯下降，(2015年)達3000元/m2，到2018年預(yù)計達2000元/m2，到2025年預(yù)計低于2000元/m2，其后由于激光熔覆再制造各環(huán)節(jié)的技術(shù)和市場趨于穩(wěn)定，成本變化不大;激光熔覆再制造立柱的利潤最初(2009年)僅約500元/m2，隨后幾年(2010－2012年)，由于市場售價基本不變，而成本下降顯著，2012年利潤高達3000元/m2，2012年后，市場售價下降明顯，而成本下降相對較小，單位表面積利潤相對2012年有所減少，基本保持在1000元/m2左右。盡管由于市場競爭的原因，未來幾年單位表面積激光熔覆再制造立柱的利潤會有所降低，但由于該技術(shù)的性價比持續(xù)增加，該技術(shù)市場會明顯增加，使用該技術(shù)的加工企業(yè)的總利潤應(yīng)繼續(xù)增加。圖5激光熔覆再制造立柱性價比和電鍍修復(fù)立柱性價比的發(fā)展趨勢2．3激光熔覆再制造立柱和電鍍修復(fù)立柱性價比的比較圖5顯示了激光熔覆再制造立柱性價比和電鍍修復(fù)立柱性價比隨時間變化而變化的情況，性價比用再制造或修復(fù)后的立柱使用壽命(年)除以市場售價來衡量。圖5表明:①電鍍修復(fù)立柱性價比基本不隨時間變化，保持在0．66左右;②激光熔覆再制造立柱性價比在2009年－2012年保持在0．75左右，隨后，性價比隨時間逐漸增加，2014年達1．25左右，預(yù)計到2018年達1．36左右，到2025年達1．5左右?？梢?，目前(2015年)激光熔覆再制造立柱性價比(1．25)相對電鍍修復(fù)立柱性價比(0．66)已有相當(dāng)優(yōu)勢，隨時間增加，前者相對后者會有絕對優(yōu)勢。因此，激光熔覆再制造立柱技術(shù)將來取代電鍍修復(fù)立柱技術(shù)是不可避免的。3環(huán)境利益分析激光熔覆再制造立柱的主要環(huán)境利益應(yīng)從防止報廢立柱回爐冶煉和消除電鍍污染兩個方面來分析:3．1防止報廢立柱回爐冶煉由于電鍍層厚度的限制，立柱維修2次－3次后由于厚度無法再恢復(fù)到新品尺寸就無法再使用，從而徹底報廢。報廢立柱一般會回爐冶煉重新利用，這顯然需要大量的煤作為能源，也會帶來CO2和SO2的污染。由于激光熔覆再制造不受修復(fù)厚度和修復(fù)次數(shù)的限制，而且激光熔覆再制造立柱的使用壽命長，因此，一般而言，如果立柱均采用激光熔覆再制造技術(shù)，就不會存在報廢立柱回爐冶煉的情況。據(jù)估計，全國每年報廢液壓支架立柱約45萬噸。如果激光熔覆再制造立柱技術(shù)在全國得以應(yīng)用，則每年可以節(jié)約的煤和可以減少的CO2和SO2污染排放量見表2。3．2減少電鍍污染電鍍過程中會產(chǎn)生大量危害人體健康的含六價鉻廢水，另外，電鍍前需要對工件進行酸洗，會產(chǎn)生大量酸洗廢水和清洗廢水，激光熔覆再制造立柱所有過程中則不會產(chǎn)生污染環(huán)境的廢水。若全國立柱均用激光熔覆再制造取代電鍍修復(fù)，則每年可以消除的廢水大致數(shù)量見表2。表2激光熔覆再制造立柱的環(huán)境利益統(tǒng)計表4.結(jié)論激光熔覆再制造立柱技術(shù)相對電鍍修復(fù)立柱技術(shù)在性能、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益方面有著明顯優(yōu)勢。在立柱修復(fù)行業(yè)中，激光熔覆再制造技術(shù)將會逐漸取代電鍍修復(fù)技術(shù)。5、激光熔覆液壓支柱圖片立柱熔覆設(shè)備立柱熔覆過程中立柱熔覆前后對比立柱熔覆后清理三、激光熔覆技術(shù)介紹

1、激光熔覆是指在母材表面冶金結(jié)合上一層功能涂層，類似于堆焊，可用于零部件修復(fù)或使用前強化，提高零部件的強度、韌性、耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等性能，延長設(shè)備的使用壽命。激光輻射的能量釋放迅速，點焊過程只有幾毫秒；能量密度很高，熱量集中，作用時間很短；激光可用反射鏡或偏轉(zhuǎn)棱鏡將其在任何方向上彎曲或聚焦，可以用光導(dǎo)纖維引導(dǎo)到難以接近的部位；激光可對絕緣材料直接焊接。激光焊接特別適合微型，精密，排列非常密集和熱敏感材料的焊件。激光焊接原理

激光焊接可以采用連續(xù)或脈沖激光束加以實現(xiàn)，激光焊接的原理可分為熱傳導(dǎo)型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105W/cm2為熱傳導(dǎo)焊，此時熔深淺、焊接速度慢；功率密度大于105~107W/cm2時，金屬表面受熱作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深寬比大的特點。

2、激光深熔焊接的原理：激光深熔焊接一般采用連續(xù)激光光束完成材料的連接，其冶金物理過程與電子束焊接極為相似，即能量轉(zhuǎn)換機制是通過“小孔”（Key-hole）結(jié)構(gòu)來完成的。在足夠高的功率密度激光照射下，材料產(chǎn)生蒸發(fā)并形成小孔。這個充滿蒸氣的小孔猶如一個黑體，幾乎吸收全部的入射光束能量，孔腔內(nèi)平衡溫度達25000C左右，熱量從這個高溫孔腔外壁傳遞出來，使包圍著這個孔腔四周的金屬熔化。小孔內(nèi)充滿在光束照射下壁體材料連續(xù)蒸發(fā)產(chǎn)生的高溫蒸汽，小孔四壁包圍著熔融金屬，液態(tài)金屬四周包圍著固體材料（而在大多數(shù)常規(guī)焊接過程和激光傳導(dǎo)焊接中，能量首先沉積于工件表面，然后靠傳遞輸送到內(nèi)部）?？妆谕庖后w流動和壁層表面張力與孔腔內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生的蒸汽壓力相持并保持著動態(tài)平衡。光束不斷進入小孔，小孔外的材料在連續(xù)流動，隨著光束移動，小孔始終處于流動的穩(wěn)定狀態(tài)。就是說，小孔和圍著孔壁的熔融金屬隨著前導(dǎo)光束前進速度向前移動，熔融金屬充填著小孔移開后留下的空隙并隨之冷凝，焊縫于是形成。上述過程的所有這一切發(fā)生得如此快，使焊接速度很容易達到每分鐘數(shù)米。3、激光深熔焊接的本質(zhì)特征為小孔效應(yīng)：

當(dāng)高功率密度激光束入射到金屬表面時，材料被迅速加熱，由于熱傳導(dǎo)作用，材料將產(chǎn)生熔化、蒸發(fā)。如果材料蒸發(fā)速度足夠高，激光束將在金屬中打出一個小孔，在小孔內(nèi)，金屬蒸氣反沖壓力與液態(tài)靜壓力、表面張力之間的作用的動態(tài)平衡將維持小孔的存在。在激光深熔焊接中，由于存在小孔，激光束能深入到材料內(nèi)部，被熔化的液態(tài)金屬環(huán)繞在小孔的周圍，激光對材料的熱輸入主要是在小孔壁上的液化界面上，隨著激光束的移動，小孔前沿的金屬被熔化、汽化，而在小孔后部，液態(tài)金屬重新凝固形成焊縫。由于小孔附近的很大溫度梯度，使小孔周圍的金屬熔體產(chǎn)生很大的表面張力梯度，其相應(yīng)的金屬蒸氣反沖壓力使小孔前沿產(chǎn)生強烈的環(huán)流。熔池前端穿透焊件而形成一個小孔，焰流穿過母材而噴出，稱為“小孔效應(yīng)”。

4、激光深熔焊的特征：

1)高的深寬比。熔融金屬圍著圓柱形高溫蒸氣腔體形成并延伸向工件，焊縫就變成深而窄。

2)最小熱輸入。小孔內(nèi)的溫度非常高，熔化過程發(fā)生得極快，輸入工件熱量很低，熱變形和熱影響區(qū)很小。

3)高致密性。充滿高溫蒸氣的小孔有利于焊接熔池攪拌和氣體逸出，導(dǎo)致生成無氣孔的熔透焊縫。焊后高的冷卻速度又易使焊縫組織細微化。

4)強固焊縫。熾熱熱源和對非金屬組分的充分吸收，降低雜質(zhì)含量、改變夾雜尺寸和其在熔池中的分布。焊接過程無需電極或填充焊絲，熔化區(qū)受污染少，使得焊縫強度、韌性至少相當(dāng)于甚至超過母體金屬。

5)精確控制。聚焦光點很小，焊縫可以高精確定位。激光輸出無“慣性”，可在高速下急停和重新起始，用數(shù)控光束移動技術(shù)則可焊接復(fù)雜工件。

6)非接觸大氣焊接過程。因為能量來自光子束，與工件無物理接觸，所以沒有外力施加工件。另外，磁和空氣對激光都無影響。

5、激光熔覆技術(shù)應(yīng)用

1）激光熔覆技術(shù)，是20世紀70年代隨著大功率激光器的發(fā)展而興起的一種新的表面改性技術(shù)，是指激光表面熔敷技術(shù)是在激光束作用下將合金粉末或陶瓷粉末與基體表面迅速加熱并熔化，光束移開后自激冷卻形成稀釋率極低，與基體材料呈冶金結(jié)合的表面涂層，從而顯著改善基體表面耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性等的一種表面強化方法。

2）如對60#鋼進行碳鎢激光熔覆后，硬度最高達2200HV以上，耐磨損性能為基體60#鋼的20倍左右。在Q235鋼表面激光熔覆CoCrSiB合金后，將其耐磨性與火焰噴涂的耐蝕性進行了對比，發(fā)現(xiàn)前者的耐蝕性明顯高于后者。

3）激光熔覆技術(shù)是一種經(jīng)濟效益很高的新技術(shù)，它可以在廉價金屬基材上制備出高性能的合金表面而不影響基體的性質(zhì)，降低成本，節(jié)約貴重稀有金屬材料，因此，世界上各工業(yè)先進國家對激光熔覆技術(shù)的研究及應(yīng)用都非常重視.6、.激光熔覆工藝特點

激光熔覆按送粉工藝的不同可分為兩類：粉末預(yù)置法和同步送粉法。兩種方法效果相似，同步送粉法具有易實現(xiàn)自動化控制，激光能量吸收率高，無內(nèi)部氣孔，尤其熔覆金屬陶瓷，可以顯著提高熔覆層的抗開裂性能，使硬質(zhì)陶瓷相可以在熔覆層內(nèi)均勻分布等優(yōu)點。

7、.激光熔覆優(yōu)點

1）冷卻速度快（高達106K/s），屬于快速凝固過程，容易得到細晶組織或產(chǎn)生平衡態(tài)所無法得到的新相，如非穩(wěn)相、非晶態(tài)等。

2）涂層稀釋率低（一般小于5%），與基體呈牢固的冶金結(jié)合或界面擴散結(jié)合，通過對激光工藝參數(shù)的調(diào)整，可以獲得低稀釋率的良好涂層，并且涂層成分和稀釋度可控；

3）熱輸入和畸變較小，尤其是采用高HYPE