熱力發(fā)動(dòng)機(jī)作為人類不可或缺的主要?jiǎng)恿C(jī)械，在電力、能源輸送（西氣東輸、川氣東送、陜京線等大型管道建設(shè)）、軍事、航空、航海、艦船、軌道等陸用動(dòng)力方面發(fā)揮著重要作用，支撐著各個(gè)國(guó)家的支柱經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)。常用的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)主要包括內(nèi)燃機(jī)（含汽油機(jī)、柴油機(jī)和煤氣機(jī)等），燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽動(dòng)力裝置。

       造成內(nèi)燃機(jī)失效的原因可以說皆源于熱負(fù)荷，但最終引發(fā)內(nèi)燃機(jī)發(fā)生故障卻是各影響因素的綜合作用，如機(jī)械負(fù)荷，腐蝕以及摩擦磨損等。其失效模式主要有內(nèi)部金屬零部件的碎裂和開裂等、磨損或腐蝕嚴(yán)重至局部剝落等。文中所提到的金屬零部件主要包含氣缸套、活塞、活塞環(huán)、凸輪挺桿、曲軸等。這些零部件均不同程度地承受著燃?xì)飧邷馗邏旱目简?yàn)，長(zhǎng)期經(jīng)受著腐蝕介質(zhì)的作用，以及由體積負(fù)荷引起的機(jī)械應(yīng)力作用，并且可以發(fā)現(xiàn)損傷多數(shù)發(fā)生在表面或者從表面開始，因此提高零部件表面性能對(duì)延長(zhǎng)零部件使用壽命具有重要的作用，同時(shí)經(jīng)過周期性檢修及時(shí)發(fā)現(xiàn)的表面受損部位，還可以通過表面再制造技術(shù)對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)救。對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)來說，失效部位常發(fā)生在熱端部件，如轉(zhuǎn)子、葉片和噴嘴，這些部位的失效原因因不同的運(yùn)行環(huán)境不同，大致可歸結(jié)為熱疲勞、外部侵蝕（氣蝕、水蝕等）等。其發(fā)生在葉片根部的斷裂是不可修復(fù)型，而發(fā)生在葉片頂端面或根部的損傷便可通過修復(fù)后實(shí)現(xiàn)再利用。再者，用于發(fā)電機(jī)組的葉片往往造價(jià)極高，將修復(fù)后的葉片重裝再利用，將大大地降低電廠的發(fā)電成本。

       不論是零件在服役前的表面強(qiáng)化，還是服役后發(fā)生故障進(jìn)行修復(fù)，其傳統(tǒng)的加工方式主要有表面淬火、表面滲碳或滲氮、熱噴涂、堆焊等，其中熱噴涂和堆焊在后期修復(fù)中的應(yīng)用更加普遍一些。隨著加工技術(shù)的不斷升級(jí)和改進(jìn)，一種具有劃時(shí)代意義的加工技術(shù)迅速地成為制造業(yè)各大廠商爭(zhēng)先引進(jìn)的最新技術(shù)，即激光移動(dòng)再制造技術(shù)（激光熔覆）。這種激光再制造技術(shù)不僅可以用于受損零部件的修復(fù)，還可以做激光表面淬火，與傳統(tǒng)的熱處理方式相比，激光淬火是一種快熱快冷的加工技術(shù)，可在表面獲得晶粒細(xì)小的淬硬層，淬硬層的深度最大可達(dá)1.5mm。并且，結(jié)合高端多軸機(jī)床或者6+2式機(jī)械手，采用激光器還可對(duì)受損的三維復(fù)雜零部件進(jìn)行修復(fù)，充分體現(xiàn)了激光再制造技術(shù)的柔性化以及先進(jìn)性。

       下面就某發(fā)動(dòng)機(jī)缸套的表面強(qiáng)化以及某汽輪機(jī)葉片的表面修復(fù)做一個(gè)簡(jiǎn)單分析。

圖 1 發(fā)動(dòng)機(jī)缸套激光淬火
 

       經(jīng)激光淬火后的發(fā)動(dòng)機(jī)缸套，幾乎沒有任何變形，表層硬度得到了明顯的提升，較未處理之前提升了至少3倍。依據(jù)缸套的技術(shù)要求，獲得了理想深度的硬化層，大幅度地提高了缸套的耐磨性能和使用壽命。這是因?yàn)榧す馐丈涞礁滋妆砻娴哪芰棵芏瓤蛇_(dá)104～105w/cm2,被照射的缸套表面急驟升溫到相變溫度，激光束離開的瞬間，熱量經(jīng)母體迅速散失，受熱面急速冷卻，表層獲得了超細(xì)化的馬氏體組織。

 

 

圖 2 葉片修復(fù)前及修復(fù)后對(duì)比圖：A 修復(fù)前；B 修復(fù)后

 
       從圖2 A中看出，葉片的局部受損部位已經(jīng)進(jìn)行了疲勞層去除處理，處理后的表面起伏不平，不規(guī)則度很大。若使用傳統(tǒng)的修復(fù)技術(shù)很難獲得致密平整的填充效果，而激光熔覆技術(shù)是一種非接觸式加工，在一定的范圍內(nèi)不會(huì)受制于工件形狀或尺寸的影響。圖2 A中的受損部位具有較深豁口，故需要多道多層搭接。激光熔覆技術(shù)在應(yīng)用中的常見問題便是裂紋的滋生，多道多層的搭接會(huì)增發(fā)應(yīng)力變化的復(fù)雜性，不利于從工藝角度控制裂紋的生成。因此在熔覆過程中，可通過調(diào)整光斑大小、掃描速度、激光功率來盡量在最少搭接道數(shù)目以及最少搭接層下完成豁口的修復(fù)，如圖2 B中便是修復(fù)后的葉片，經(jīng)過性能檢測(cè)，完全滿足其服役性能要求。

       激光熔覆，它是一個(gè)極其復(fù)雜的非平衡凝固動(dòng)態(tài)過程，因此在工藝方面經(jīng)常需要大量的試驗(yàn)，才能獲得質(zhì)量性能均有優(yōu)異的涂層。另外，金屬粉末的選取也是至關(guān)重要的一環(huán)，要在能保證熔覆層所需服役性能的同時(shí)，還需盡量選取與基材的熱膨脹系數(shù)、熔點(diǎn)相近，熔體具有良好潤(rùn)濕性的金屬粉末。雖然激光熔覆技術(shù)在應(yīng)用中仍存在局限性，但隨著工藝逐漸規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)化，待這個(gè)尚在雛形中的產(chǎn)業(yè)形成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合如今激光光源不斷朝著小體積大功率的發(fā)展趨勢(shì)，今后利用激光來修復(fù)一些可再生零部件將發(fā)展地更加便捷。

       中科四象將秉承以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向、成就客戶提升自我的經(jīng)營(yíng)理念，繼續(xù)開拓激光修復(fù)、強(qiáng)化以至焊接等技術(shù)的潛在市場(chǎng)，為更多領(lǐng)域中的客戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。歡迎訪問中科四象官方網(wǎng)站：www.zksxlaser.com。