董世運，閆世興

（陸軍裝甲兵學院 裝備再制造技術國家級重點實驗室，北京 100072）

0 前 言

近年來，再制造產業(yè)在國家政策支持下獲得了快速發(fā)展，為我國經濟綠色、可持續(xù)發(fā)展做出了重要貢獻。在此過程中，再制造技術方法不斷豐富，再制造工程理論和技術體系不斷發(fā)展和完善。其中，激光再制造技術作為一項先進再制造技術，得到了科研院校和企業(yè)的高度重視，應用領域快速拓展，創(chuàng)造了巨大經濟效益和社會效益，呈現出了巨大潛力和廣闊前景。

激光再制造技術是指應用激光對零部件進行再制造處理的各種激光技術的統(tǒng)稱[1]。目前，激光再制造技術在中國正快速發(fā)展，從事激光再制造研究的高校和科研院所越來越多，研究隊伍亦逐漸壯大。同時，激光再制造專業(yè)化企業(yè)和科研團隊不斷涌現，推動激光再制造技術在不同領域裝備維修和延壽中成功應用，例如：石化行業(yè)的煙氣輪機、風機和電機，電力行業(yè)的汽輪機和電機，冶金行業(yè)的熱卷板連軋線、棒材連軋線、線材高速連軋線，鐵路行業(yè)的貨車車輪、車軸、鐵路機車曲軸，航空發(fā)動機部件和大型船舶內燃發(fā)動機部件等等。多年來，裝備再制造技術國家級重點實驗室從激光再制造成形理論、技術工藝、新型材料及應用等多方面對激光再制造技術進行系統(tǒng)研究，推動應用激光清洗、激光焊接和激光熔覆等激光再制造技術工業(yè)應用，并成功再制造了重載車輛齒類件、軸類件、車輛發(fā)動機曲軸和凸輪軸、發(fā)動機鋁合金缸蓋等裝備關鍵零部件。

本文在介紹激光再制造技術特點和激光再制造工藝流程基礎上，重點介紹激光再制造技術體系及其發(fā)展與應用現狀，并從零部件合金材料體系角度，綜述激光再制造技術的工業(yè)應用現狀和發(fā)展前景，提出激光再制造技術方法選用原則和方案設計原則，為進一步開展激光再制造技術研究和促進激光再制造技術工業(yè)應用提供參考。

1 激光再制造技術體系及其發(fā)展

激光再制造技術已經歷30余年發(fā)展歷史，但在其前20余年，由于激光器水平和激光技術應用水平較低，人們對激光技術了解少、對激光再制造技術認識不夠，工業(yè)應用中的激光再制造主要以激光熔覆技術為主，且其應用范圍較小，因此，尚未能建立激光再制造技術體系。近10余年來，隨著我國激光器水平提升、激光應用技術發(fā)展以及再制造產業(yè)的蓬勃興旺，激光再制造技術和產業(yè)應用在國家政策和國家重點項目支持下，也獲得了科研院校以及民用工業(yè)領域和軍工企業(yè)的更廣泛關注和快速發(fā)展，激光再制造技術體系逐步建立起來并不斷發(fā)展。近年來，激光再制造技術已由最初主要關注恢復零部件損傷部位尺寸和性能的激光熔覆技術，拓展到了激光再制造全流程相關的激光技術及其應用。同時，激光再制造技術因其再制造的服役性能優(yōu)異、技術性價比高等技術優(yōu)勢，其技術方法已不再局限于修復損傷失效零部件，而已經反饋到零部件制造工序，激光再制造和激光制造在技術原理、工藝方法及工程應用等方面形成了相互促進和產業(yè)互動格局。

1.1 激光再制造工藝流程

激光再制造技術是裝備零部件再制造的技術途徑之一，因此激光再制造工藝流程必須遵循零部件再制造流程。圖1給出了國家標準《GB/T 28618-2012 機械產品再制造 通用技術要求》所提出的機械產品再制造流程圖[2]。在確定某待再制造裝備（機械產品）特定零部件擬進行激光再制造后，需遵循圖1所示流程圖制定該零部件的激光再制造工藝流程圖。

圖1 機械產品再制造流程

對特定零部件進行激光再制造時，可以依據如圖2所示激光再制造工藝流程，重點關注激光再制造技術方法及其工藝方案和工藝實施過程。以工業(yè)應用最廣泛的激光熔覆方法再制造局部損傷零部件為例，首先要對損壞零部件進行失效分析，根據失效原因和失效狀態(tài)制定合適的激光再制造方案，并對損傷零件進行預處理，然后通過激光工藝試驗獲得最佳激光再制造工藝參數和實施方法，在完成局部缺損部位激光熔覆再制造成形后，應當對沉積成形熔覆層進行質量評價，最終對再制造零部件進行可靠性評估和經濟性評估等。

圖2 激光再制造工藝流程

1.2 激光再制造技術體系

廣義而言，激光再制造技術體系包含對應于零部件由舊件入廠至再制造后重新服役應用的激光再制造全流程各工序所涉及的相關技術，是裝備制造技術、材料科學技術、激光加工工藝技術、數控技術、檢測與控制技術等多種技術相結合而形成的有效的科學技術體系，其具體構成如圖3所示[3]。其中，針對具體零部件的激光再制造而言，人們一般重點關注激光再制造工藝技術及其專用材料。

圖3 激光再制造技術體系構成

狹義而言，激光再制造技術體系是零部件再制造全流程各工序涉及的各種激光應用技術所構成的材料激光加工技術體系。為此，按激光束對零部件材料作用結果的不同，激光再制造技術主要可分為兩大類，即激光表面改性技術和激光加工成形技術，如圖4所示，圖中列出了部分常用激光再制造技術方法[3]。

圖4 常用激光再制造技術方法

激光加工成形技術主要包括激光焊接、激光切割、激光打孔、激光快速成形等。激光切割和激光打孔都是利用高功率密度激光束輻射工件表面，在極短時間內加熱材料，使其迅速熔化、汽化、燒蝕，實現鉆孔或者切割的目的。激光焊接同樣基于高能密度激光同材料的相互作用，利用激光作為熱源熔化并連接工件。激光快速成形基于激光熔覆技術，在數控模型的控制下，用高功率激光束燒結金屬粉末直接形成金屬零部件或者在廢舊部件上缺損部位燒結金屬粉末恢復零部件形狀和功能。

激光表面改性技術主要有激光淬火、激光熔凝、激光合金化、激光熔覆和激光沖擊等。激光淬火和激光熔凝屬于熱工藝處理，通過改變材料表層組織來改變表面性能。激光合金化和激光熔覆屬于熱化學工藝處理，通過向材料表層添加合金元素或者增強顆?；蛟诓牧媳砻嬷苽洳煌牧象w系的表層來改變表面性能，其特點是通過改變材料表層成分，然后實現改變材料表層組織和性能的目的。

激光再制造技術體系是開放性的技術體系。一方面，產品再制造全流程各工序不斷應用新興的新型激光技術方法；另一方面，在某產品或某零件再制造的實踐中，激光熔覆等激光再制造技術只是完成核心工序環(huán)節(jié)，其前后工序尚需借助其他激光再制造技術手段或非激光手段完成；再者，傳統(tǒng)激光再制造技術方法和其他再制造技術方法融合復合，形成新型復合再制造技術，提升再制造產品質量或效率等。產品再制造多工序特性決定了激光再制造技術體系的發(fā)展活力和開放性。

近年來，隨著再制造產業(yè)發(fā)展和激光再制造技術應用拓展，從業(yè)工程師和科技人員在激光再制造技術應用的工程實踐中，以工程背景為牽引、從實際需求出發(fā)，不斷創(chuàng)新激光再制造技術方法、研發(fā)激光再制造技術新工藝新裝備。與此同時，傳統(tǒng)再制造和維修手段難以解決的高端裝備高性能零部件的再制造延壽，對激光再制造提出了更高技術指標要求，驅動激光再制造的技術方法創(chuàng)新和應用拓展。激光清洗、激光增材制造、激光精整/拋光、超快激光打孔等新興激光加工技術迅速發(fā)展，超聲波、電磁場等能場輔助激光熔覆技術在工業(yè)中獲得成功應用，有效推動了激光再制造技術體系發(fā)展。

2 不同合金材料零部件的激光再制造技術應用

激光再制造技術因其技術先進性和再制造產品質量與性能優(yōu)越性，已在冶金、電力、石化、礦采、交通（飛機、艦船、火車、汽車）、紡織等各工業(yè)領域裝備再制造中廣泛應用，在重要裝備零部件再制造中發(fā)揮了不可替代的作用，解決了諸多維修和再制造延壽難題，創(chuàng)造了巨大的經濟和社會效益。隨著激光器技術發(fā)展和激光再制造技術成本迅速降低，裝備零件激光再制造的性價比優(yōu)勢已得到普遍認可，激光再制造的技術優(yōu)勢將更加明顯。近年來，在新形勢政策驅動下，工業(yè)制造領域更加重視節(jié)能減排、全壽命周期管理和產業(yè)轉型升級等要求，人們對再制造的認識和接受度不斷提高，激光再制造技術研究應用的深度與廣度將越來越深入而廣泛，將為建設節(jié)約型社會作出更大貢獻[4-6]。

針對激光再制造技術的工業(yè)應用，很多文獻從工業(yè)領域角度入手，梳理總結了以激光熔覆技術應用為主的激光再制造技術的應用現狀和存在問題。在此基礎上，本文從材料方面入手，簡要梳理不同工業(yè)領域中裝備不同材料材質金屬零部件的激光再制造技術應用，重點介紹鋼鐵、鎳合金、鈦合金和鋁合金等幾種典型的工業(yè)主干材料零部件的激光再制造技術應用情況并指出其存在的主要問題。

2.1 鋼鐵零部件

鋼鐵材料是工業(yè)中應用最廣泛、用量最大的金屬材料，因而鋼鐵零部件激光再制造也是需求量最大、經濟效益和社會效益巨大的技術方向，在諸多行業(yè)領域均具有巨大市場潛力。目前，鋼鐵零部件激光再制造仍然以激光熔覆技術為主體，主要是通過制備高性能激光熔覆層，恢復零部件局部損傷局域的原始尺寸并提升其耐磨損、耐腐蝕、抗疲勞性能等服役性能。針對低碳鋼、不銹鋼等焊接性良好的鋼鐵零部件，其激光再制造技術工藝已較成熟并獲得大量工業(yè)應用。但是，高碳鋼、鑄鐵、高性能合金鋼等高碳含量或高性能要求的鋼鐵件的激光再制造，仍需根據具體零件材料特性和服役性能等要求，對其激光熔覆再制造所需材料、技術工藝參數和實施方法等進行針對性的優(yōu)化研究，才能獲得質量性能合格的激光再制造件。這也是近年來鋼鐵零部件激光再制造領域研究和創(chuàng)新應用的重點方向之一。

本文作者團隊針對重載車輛柴油發(fā)動機的缸體、缸蓋、凸輪軸與曲軸等球墨鑄鐵件和灰鑄鐵件的激光再制造技術，基于激光熔覆和激光直接沉積增材制造技術原理開展了多年研究，研制了鑄鐵件激光熔覆再制造專用粉體材料和技術工藝方法，突破了激光再制造鑄鐵件中的氣孔和裂紋等缺陷控制、應力應變調控和性能調控等技術難題，實現了表面磨損、局部結構裂紋和局部體積缺損等不同損傷形式的鑄鐵件的激光再制造延壽[7-9]。同時，作者團隊采用激光熔覆再制造技術修復了某型艦船主機柴油機的球墨鑄鐵缸蓋（見圖5）。大修廠在艦船修理過程中發(fā)現其氣缸蓋氣閥座孔表面因腐蝕出現漏水，導致主機不能正常使用，影響該型艦艇的在航率。其氣缸蓋材質為球墨鑄鐵，焊接性差、修復難度大。在不對氣缸蓋進行整體或局部預熱的條件下，采用激光熔覆技術對氣缸蓋閥座孔表面進行再制造修復，有效控制了熔覆氣孔和裂紋，成形熔覆層表面光亮、連續(xù)，無裂紋和氣孔等缺陷，熔覆層與基體呈良好冶金結合，氣缸蓋基體熱影響區(qū)小。熔覆層厚度1.0～1.2 mm，預留了后續(xù)機加工余量。機加工的氣閥座孔裝配氣閥座后，對氣缸蓋整體進行了常溫和熱態(tài)水壓測試，結果顯示均未出現滲漏，缸蓋氣閥座密封性良好，氣缸蓋再制造達到了預期效果。

圖5 某型艦船柴油機缸蓋氣門閥座激光熔覆再制造

軋輥是激光再制造技術的常見應用對象。圍繞球墨鑄鐵軋輥磨損失效問題，任嘉等[10]研究了多種合金材料激光熔覆修復軋輥的技術方法，發(fā)現鎳基合金應用在球鐵軋輥上具有良好的工藝成形性和優(yōu)異的綜合性能。齒類件是激光再制造技術應用中常見的高性能合金鋼件之一。王東[11]開展了齒面磨損失效的17CrNiMo6合金鋼傳統(tǒng)齒輪的激光熔覆再制造技術研究，實現了再制造齒類件性能接近新品水平。針對石油平臺35CrMo鋼大齒輪、42CrMo鋼小齒輪的齒面缺陷修復需求，采用光纖激光堆焊方法再制造修復了磨損與開裂失效的齒輪齒面（見圖6），檢測與試驗證明激光再制造修復齒輪滿足服役工況要求[12]。作者團隊針對某型重載車輛測減速器主動齒輪軸（18CrNiWA合金鋼）齒輪齒面損傷，開展了激光熔覆再制造修復工藝和材料研究，獲得了重載齒輪齒面激光熔覆專用材料及其激光熔覆再制造方法[13]。

圖6 石油平臺35CrMo鋼大齒輪、42CrMo鋼小齒輪齒面的激光再制造修復

圖7 激光熔覆再制造高壓柱塞泵曲軸箱曲軸頸

反應釜配套高壓清洗泵采用日本制造JPCM-33370型高壓三柱塞泵，因一側主軸承磨損失效，導致曲軸燒瓦情況發(fā)生，損壞件包括曲軸、連桿大頭瓦塊、連桿，李暢樂等[14]采用激光熔覆錫（Sn）基巴氏合金對曲軸頸、連桿大頭孔進行了激光再制造修復，修復件運行狀態(tài)參數完全滿足運行要求。

圖8 汽輪機末級葉片

在礦采機械維修領域，作為綜采裝備關鍵零部件之一，礦用圓環(huán)鏈輪（基材34CrNiMo6合金鋼）在工作過程中承受脈動、沖擊等載荷作用，極易發(fā)生鏈窩磨損失效。郭辰光等[15]基于激光增材制造技術實現了磨損失效鏈輪的激光再制造，沉積層與基體冶金結合良好，表面無裂紋及氣孔缺陷，滿足工況性能要求[15]。

在電力領域，某企業(yè)進口型6B燃機組設備老舊，原燃機轉子軸（NiCrMo-V/CrMo-V合金鋼）軸頸嚴重磨損，導致燃機振動高而跳機。姚楚渠等[16]采用激光熔覆再制造技術和鎳基合金粉體材料，在設備現場對軸頸進行了修復，修復后機組投產運行效果良好。黃弋力等[17]采用激光熔敷Stellite 6 合金粉末方法，再制造修復了核電站汽輪機用2Cr13不銹鋼葉片，該葉片在服役過程中易出現水蝕而導致葉片尖端減薄等局部損傷。如圖8所示，再制造修復葉片的激光熔覆層厚度達2 mm，未出現裂紋、夾雜、未熔合等缺陷。

航空維修領域，飛機起落架半軸（30CrMnSiNi2A合金鋼）是飛機主起落架連接機輪和起落架活塞桿的關鍵承力件。孫兵兵等[18]采用激光熔覆技術對半軸損傷區(qū)域進行了激光再制造修復，并通過噴丸強化形成表面壓應力層。再制造半軸的熔覆層組織均勻，無氣孔、夾渣、裂紋和未熔合等缺陷；維修后區(qū)域的室溫拉伸強度達到了母材的92.0%，沖擊性能超過了母材，激光熔覆層與半軸合金鋼耐磨性能相當，滿足了半軸的維修要求。

在模具修復領域，模具在工作過程中工況復雜，表面長時間處于高溫、高壓磨損狀態(tài)下，高硬模具表面易出現磨粒磨損和微小裂紋等缺陷，高頻率的生產中極易發(fā)生模具突然斷裂的現象?；袅④姷萚19]激光增材再制造修復了沖裁模具（9CrSi模具鋼），修復后模具表面硬度和耐磨性優(yōu)于基體材料，滿足沖裁模具服役工況。

2.2 鈦合金零部件

鈦合金具有比強度強、耐高溫、無磁性、抗腐蝕、無毒和生物相容性好等獨特優(yōu)勢，使其在航空航天、化工、能源、生物醫(yī)學和海洋工程等領域應用廣泛。但相對鋼鐵材料而言，鈦合金材料及其構件制造加工困難、成本高，主要應用于具有特殊性能要求的高附加值零部件，因此鈦合金零部件的激光再制造需求更加迫切、經濟效益更加顯著。同時，鈦合金本身具有性質活潑、導熱系數小、激光吸收率大、凝固相結構簡單等特點。這些特性給鈦合金零部件激光再制造提供驅動力的同時，也帶來了技術挑戰(zhàn)，使得鈦合金零部件激光再制造成為近年來激光加工技術應用領域的研究熱點之一。

近年來，在鈦合金零部件的再制造全流程技術鏈條中，激光清洗、激光焊接、激光切割、激光打孔、激光熔覆、激光直接能量沉積等不同的激光技術工藝均有大量研究和成功應用。但人們關注焦點仍然是表面損傷或局部缺損的鈦合金零部件的激光再制造形狀恢復和材料性能提升，典型零部件對象有航空發(fā)動機葉片、反應釜、蒸餾塔、熱交換器、醫(yī)療骨植入體等。在鈦合金激光焊接、激光熔覆、激光直接沉積增材成形等需要經歷“熔化-凝固”歷程的激光再制造技術研究和應用中，其研究重點在于激光再制造鈦合金件的形狀和性能控制，主要圍繞氣孔和夾雜缺陷、應力變形、材料組織成分和性能等方面。

TC4鈦合金（Ti6Al4V）因擁有高斷裂韌性、低密度、高強度、優(yōu)良的耐腐蝕性能和優(yōu)越的生物相容性等優(yōu)點，是目前應用最廣、市場保有量最大的鈦合金。國內外對TC4鈦合金零部件的激光再制造技術開展了系統(tǒng)研究，其技術應用已較成熟。國內西北工業(yè)大學、北京航空航天大學、南京航空航天大學、沈陽航空大學等高等院校以及航天科工集團公司和航空工業(yè)集團公司等重點企業(yè)均深入研究和成功應用了鈦合金零件的激光再制造技術[20]，成功實現了多種鈦合金零部件的再制造延壽，創(chuàng)造了顯著經濟效益和社會效益。例如，徐翔宇等[21]基于激光熔覆技術在TC4鈦合金葉片表面上使用TC4粉末進行激光增材修復，研究了TC4鈦合金激光熔覆區(qū)和過渡區(qū)的微觀組織、拉伸力學性能和沖擊韌性，發(fā)現修復后葉片組織均勻，力學性能達到航空鈦合金使用標準。TC6鈦合金廣泛用于制造航空器重要承力構件，范朝等[22]針對TC6鈦合金件再制造修復，研究了在TC6鈦合金件局部損傷部位激光直接能量沉積TA15鈦合金層的激光再制造技術方法，結果表明再制造修復件成形良好、界面結合處無裂紋無氣孔。TA19鈦合金用于制造航空發(fā)動機壓氣機葉片，葉片在服役過程中遭受高溫高速氣流沖蝕及可能的外物撞擊，出現點坑、裂紋、葉片掉角、卷邊甚至斷裂等局部損傷，阮雪茜等[23]選用TA19鈦合金粉末作為修復材料，采用激光直接能量沉積技術對TA19鈦合金葉片進行激光增材再制造，再制造修復后葉片的室溫拉伸性能、高周疲勞性能均與同批次鍛件水平相當，且再制造葉片變形量滿足設計要求。

2.3 鎳基合金零部件

鎳基合金是指載650～1 000 ℃高溫下具有較高強度與一定抗氧化腐蝕能力等綜合性能的一類合金。鎳基合金常作為高溫合金用于制造航空發(fā)動機熱端部件（如葉片和葉盤）等航空航天零部件，但由于服役環(huán)境極為苛刻，常誘發(fā)多重失效。鎳基合金零部件激光再制造技術研究已有20余年歷史，典型對象有渦輪發(fā)動機葉片、燃燒室等高溫部件、航空發(fā)動機以及燃氣輪機熱端部件等。

GH738合金用于制作航空發(fā)動機渦輪盤、封嚴圈等零部件，零部件在惡劣服役環(huán)境下易出現表面磨損、裂紋等損傷。卞宏友等[24]采用GH536合金粉末對GH738合金損傷試樣進行激光沉積修復，激光沉積修復件室溫抗拉強度為GH738鍛件的66.5% 。

GH4169合金是一種時效沉積強化的鎳基高溫合金，在650℃以下具有良好的強度和塑性，被用于制造航空發(fā)動機機匣、渦輪盤、壓氣機靜子內環(huán)等零部件。王輝明等[25]采用激光熔覆修復技術修復了損傷失效的GH4169合金壓氣機靜子內環(huán)。熔覆層和基體材料形成了良好的冶金結合，結合強度高，熔覆區(qū)微觀組織優(yōu)良，顯微組織細小均勻，具有非常優(yōu)異的力學性能，激光熔覆修復層室溫拉伸和高溫拉伸性能達到了鍛件標準的90%。壓氣機靜子內環(huán)激光熔覆修復區(qū)域經機械加工后，外形尺寸符合圖紙要求，熒光檢查未發(fā)現裂紋等缺陷，激光熔覆修復結果理想。

某型發(fā)動機渦輪葉片在運行后葉冠磨損，葉片材料為鎳基鑄造高溫合金K403，針對渦輪葉片采用氬弧焊堆焊阻尼葉冠時存在焊后變形大、易產生應變時效裂紋的問題，孫紅梅[26]采用激光熔覆技術進行了實際修復，攻克了葉片修復后變形大、易產生應變時效裂紋等難題，實現了葉片阻尼葉冠的修復，修復后的葉片符合相關技術要求。K418鎳基高溫合金以其良好的高溫強度與抗熱蝕性能，被廣泛應用于渦輪葉片、汽輪機導向葉片等熱端部件。由于在極端工作條件下的高溫腐蝕、沖刷磨損等，K418合金零部件易出現局部裂紋或損壞失效。林鑫等[27]采用激光立體成形技術對K418合金葉片進行了再制造成形修復。

為獲得良好的蠕變抗性，鎳基高溫合金中普遍存在40%～80%含量的γ′-Ni3(Al，Ti)金屬間化合物，導致高溫合金的可焊性較差[28]。因此，在高溫合金激光再制造修復中，裂紋控制至關重要。常見裂紋有凝固裂紋和熱裂紋，凝固裂紋在凝固最后階段產生，保留在熔覆層頂部，而熱裂紋在熱影響區(qū)形成并保留下來，對于合金的危害更大。Li 等[29]采用超聲微鍛造處理GH3039激光熔覆層，由于在凝固過程中產生振動引起柱狀晶破裂，細化了熔覆層晶粒，且減少了裂紋率，提升了熔覆層的力學性能。Cheng等[30]采用電磁攪拌輔助激光熔覆方法對Inconel718合金件進行再制造修復，電磁攪拌作用影響激光熔池熔體流動，在一定程度上抑制合金中Laves相的形成，改善了修復合金層拉伸性能。

2.4 鋁合金零部件

鋁合金是應用最為廣泛的輕合金金屬。鋁合金零部件具有結構輕、比強度較好等特點，被廣泛用于飛機、火箭、汽車、高速列車、儀器儀表等各行業(yè)裝備設施，達到減重和承載等目的。無論是鑄造鋁合金，還是變形鋁合金，鋁合金零部件的激光再制造均有巨大市場需求。但鋁合金導熱性好、熔點低、易氧化、對激光吸收率低，鋁合金零部件的激光熔覆、激光焊接等激光再制造技術面臨易形成氣孔和夾雜、熱影響區(qū)軟化等技術難題。我國開展鋁合金零部件的激光修復與再制造延壽技術研究已有30余年歷史，掌握了鋁合金件激光再制造的缺陷、應力和性能的控制理論與方法，實現了多牌號鋁合金不同結構零部件的激光修復與再制造。雖然如此，但鋁合金件激光再制造工藝影響因素復雜、質量控制難度大，保持激光再制造鋁合金件質量和性能穩(wěn)定性比較困難，因此鋁合金件激光再制造技術的規(guī)?；I(yè)應用較少。

徐濱士和董世運團隊采用同步送絲激光熔覆方法再制造修復了汽車發(fā)動機鑄造鋁合金缸蓋，采用“激光清洗+同步送絲激光堆焊”方法修復了某型飛機2A12鋁合金蒙皮表面點蝕坑和局部腐蝕區(qū)域，采用激光窄間隙填絲焊技術再制造修復了鋁合金缸體裂紋。毛鎮(zhèn)東等[31]采用激光窄間隙焊接技術對15 mm 厚的A7N01P-T4 鋁合金高速列車車體MIG焊接頭進行激光再制造修復，鋁合金車體修復成形質量好，解決了焊縫氣孔、液化裂紋和側壁未熔合等缺陷。呂云卓等[32]基于激光增材制造技術原理，采用AlSi10Mg鋁合金粉末，激光再制造修復了裂紋損傷的2A14 鋁合金汽車輪轂（如圖9所示），克服了鋁合金熱裂、氣孔和熔合不充分等技術難題，鋁合金輪轂修復區(qū)域填充飽滿，加工處理后修復區(qū)域表面光滑，且無明顯的裂紋和氣孔等缺陷，達到使用要求。中國科學院沈陽自動化研究所基于激光熔覆沉積增材原理，再制造修復了某型飛機復雜結構鋁合金薄壁零件，實現了鋁合金零件的高性能、無缺陷一體化再制造修復，修復后的綜合力學性能可超過原件水平。

圖9 鋁合金汽車輪轂

3 激光再制造技術方法選用原則

激光再制造技術如何選用一直是裝備管理者和維修人員十分關心的問題。一般而言，針對某特定零部件的再制造延壽，在設計其再制造技術方案時，是否選用和如何選用激光再制造技術，一般需要考慮如下幾方面原則。

（1）工藝適應性原則。該原則是指針對待再制造零部件的材料、結構、損傷特征和再制造技術要求，從激光再制造技術方法、材料、激光設備和工藝等多方面，綜合評價激光再制造技術方法是否適用于該零部件、是否可以有效實施。

（2）產品性能原則。該原則是指針對待再制造零部件的服役性能要求，對比分析和評價激光再制造產品性能與其他再制造技術方法的再制造產品性能，判斷激光再制造技術是否具有性能優(yōu)勢。

（3）工藝成本原則。該原則是指根據待再制造零部件的技術要求，綜合對比分析其激光再制造方法和其他再制造技術方法的再制造全流程成本消耗，評價激光再制造技術是否具有工藝成本優(yōu)勢。很多情況下，激光再制造技術的工藝成本高于電弧堆焊、熱噴涂和電鍍電刷鍍等再制造技術的工藝成本，但是激光再制造產品具有顯著性能優(yōu)勢，綜合分析而言，激光再制造技術具有性價比優(yōu)勢。在高端裝備或苛刻工況服役零部件的再制造時，常以性價比優(yōu)勢作為選用再制造技術方法的重要原則。

（4）生產效率原則。該原則是指根據待再制造零部件的再制造工作量和工期要求，評判特定激光再制造技術方法是否滿足要求。

（5）支撐條件原則。該原則是指根據待再制造零部件的激光再制造施工需求，從設備條件、人員條件、技術積累、施工環(huán)境條件、外協(xié)條件等多方面，綜合評判是否可以采用某再制造技術方法。

其實，在各行業(yè)裝備零部件的再制造實踐中，上述幾方面原則是密不可分的，往往需要綜合分析評價后才能給出最佳的再制造方案。

4 激光再制造技術的研究熱點和發(fā)展趨勢

近年來，激光再制造技術蓬勃發(fā)展并獲得了廣泛認可，但同時也遇到了多方面的技術挑戰(zhàn)或應用實踐難題。其實，這些挑戰(zhàn)或難題正是激光再制造技術發(fā)展的動力和機遇，也是目前和今后一段時間激光再制造領域的研究熱點和發(fā)展趨勢。

（1）基于高功率激光應用的高效率高質量激光再制造。在該方面，國內多家單位開展了能場復合激光再制造技術、高速（超高速）激光熔覆技術、多技術復合激光再制造技術、高功率激光焊接技術等方向的創(chuàng)新研究與應用。

（2）基于超快激光應用的精密再制造和功能性再制造。隨著皮秒/飛秒激光設備系統(tǒng)成本降低和超快激光加工技術發(fā)展，超快激光制造技術已成為近年來的研究熱點，同時針對高端裝備零部件對防污、聲、光、電、磁等特殊功能升級需求以及高端零部件高性能精密維修需求，超快激光微納增材技術、超快激光表面織構化技術等在再制造領域的應用研究也逐步興起。

（3）適應裝備服役現場的現場激光再制造技術。隨著激光器及其成套設備系統(tǒng)的小型化模塊化發(fā)展和運行穩(wěn)定性可靠性提升，適應工業(yè)生產線大型裝備零部件和偏遠野外作業(yè)裝備現場搶修需要的現場激光再制造技術、適應遠洋艦船維修保障的水下激光再制造技術等方面的研究得到了我國政府相關部門的大力支持和大量資金投入。

（4）適應特殊服役環(huán)境下裝備的特殊環(huán)境激光再制造技術。在該方面，近年來，太空環(huán)境下激光再制造、輻射污染環(huán)境下激光再制造、低溫環(huán)境下激光再制造等多種不同極端環(huán)境下的激光裝備再制造需求已引起激光技術應用、裝備維修保障、裝備管理與使用等不同領域相關人員的高度關注，國內已有多個團隊開展這些方面研究。

（5）基于“智能 + ”的智能激光再制造技術。在國家制造強國戰(zhàn)略和相關政策推動下，適應今后智能化制造發(fā)展趨勢，提高激光再制造成套設備系統(tǒng)中軟件系統(tǒng)的集成度和自動化程度，并充分利用網絡平臺，創(chuàng)新發(fā)展數字化、網路化、智能化激光再制造技術。

5 結束語

激光再制造技術作為綠色制造技術領域的先進再制造技術，符合我國制造強國戰(zhàn)略和國民經濟高質量綠色發(fā)展等政策要求。隨著我國激光器與激光應用技術等多方面自主創(chuàng)新發(fā)展和水平提升，激光再制造技術體系及各種技術工藝不斷成熟，應用領域不斷拓展，專業(yè)人才隊伍不斷壯大，可以說我國激光再制造技術適逢“天時、地利、人和”的良好發(fā)展機遇，具有巨大發(fā)展?jié)摿兔篮们熬啊?/p>