中国工程院院刊|激光再制造技术与应用发展研究
一、前言
高端装备关键零部件 ， 如航空发动机热端部件、超超临界汽轮机转子及叶片、铁路轨道、冶金装备等 ， 由于服役环境恶劣 ， 易发生结构、表面损伤而导致高端装备停机或报废 。 若运用全生命周期制造的思路 ， 通过快速再制造或现场再制造 ， 可延长易损件的服役时间 ， 实现资源的再利用 ， 促进可持续发展 。 《中国制造 2025》 [1] 中明确指出：全面推行绿色制造 ， 大力发展再制造产业 ， 实施高端再制造、智能再制造、在役再制造 ， 推进产品认定 ， 促进再制造产业持续健康发展 。
激光再制造技术以高功率激光束为热源 ， 运用非接触光加工的方式 ， 可为零件修复与再制造提供新的解决方案 ， 是绿色再制造的重要支撑技术 。 该技术可快速恢复产品或零部件尺寸 ， 并在性能上达到甚至超越新品 ， 具有修复精度高、工件损伤小、修复区结合强度高、材料利用率高等优点 。 面向不同领域关键零部件的修复需求 ， 国内外学者主要针对铁基 [2,3]、钛基 [4,5]、钴基 [6,7]、镍基 [8,9]合金材料的激光熔覆开展了理论和实验研究 ， 并在航空发动机叶片 [10]、汽轮机转子 [11]、冶金装备 [12]、煤矿机械 [13]、高压油泵凸轮轴 [14] 等领域开展了激光再制造技术的应用基础研究 。 但激光再制造技术目前仅在少数领域实现了工业应用 ， 面向规模应用仍存在一定的技术与市场瓶颈 。
针对激光再制造技术与产业 ， 本文在分析其发展现状的基础上 ， 梳理当前面临的技术问题与应用挑战 ， 并研判发展趋势 ， 提出促进我国激光再制造技术与产业发展的对策建议 。
二、激光再制造技术宏观需求分析
（一）激光再制造技术是制造技术创新的前沿领域
激光再制造技术可用于激光再制造的前处理、成形修复和后处理环节 ， 具体分类如图 1 所示 。 其中 ， 核心环节是激光成形修复技术 ， 如采用激光熔覆成形、激光快速成形以及激光焊接工艺来修复零件缺损部位 。 此外 ， 激光切割和激光清洗技术可用于零件的拆解和前处理环节 ， 激光冲击强化和激光抛光可用于零件修复件的后处理环节 。
本文插图
图 1 激光再制造技术分类
基于激光熔覆成形和激光快速成形的激光增材再制造技术 ， 具有能运用稳定的熔池形成冶金结合、界面结合强度远高于镀膜和喷涂以及热输入量小于电弧堆焊的优势 ， 可满足高强度零部件的再制造需求 ， 是先进制造技术的重要前沿发展方向 。 针对部分大型装备、关键零部件的严苛修复需求 ， 特种修复工艺、多能场激光再制造技术成为当前研究热点 。
（二）激光再制造产业是促进制造业转型升级的新兴产业
激光再制造技术在高端装备再制造中占据优势 ， 被认为是制造业转型升级的新一代战略性支撑技术 。 由激光再制造技术发展而形成的激光再制造产业 ， 为制造业转型升级提供了发展动力 。
激光再制造产业在欧美等发达国家或地区已成为具有显著经济和社会效益的产业 ， 极大地推动了制造业的转型升级 。 为推动激光再制造产业的发展 ， 世界主要国家或地区先后制定了一系列战略建议与政策支持（见表 1） 。 当前 ， 我国已跻身为制造业大国 ， 但相较于发达国家或地区 ， 生产制造技术的精细化程度仍有待提高 。 另外 ， 在节能减排的发展要求下 ， 我国也逐渐关注激光再制造产业领域 ， 并推出了一系列战略与政策进行配套支持发展 。 近年来 ， 我国激光修复与再制造技术在航空、航天、矿山机械、轮机装备、冶金装备等领域初步形成产业 ， 在煤矿液压支架、冶金轧辊、汽轮机转子等动力设备再制造上得到了广泛应用 。 激光再制造产业成为推动制造业转型升级的新兴产业 。
表 1 世界主要国家或地区激光再制造技术及产业相关战略与政策
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