熱力發動機作為人類不可或缺的主要動力機械，在電力、能源輸送（西氣東輸、川氣東送、陝京線等大型管道建設）、軍事、航空、航海、艦船、軌道等陸用動力方麵發揮著重要作用，支撐著各個國家的支柱經濟產業。常用的熱力發動機主要包括內燃機（含汽油機、柴油機和煤氣機等），燃氣輪機和蒸汽動力裝置。

       造成內燃機失效的原因可以說皆源於熱負荷，但最終引發內燃機發生故障卻是各影響因素的綜合作用，如機械負荷，腐蝕以及摩擦磨損等。其失效模式主要有內部金屬零部件的碎裂和開裂等、磨損或腐蝕嚴重至局部剝落等。文中所提到的金屬零部件主要包含氣缸套、活塞、活塞環、凸輪挺杆、曲軸等。這些零部件均不同程度地承受著燃氣高溫高壓的考驗，長期經受著腐蝕介質的作用，以及由體積負荷引起的機械應力作用，並且可以發現損傷多數發生在表麵或者從表麵開始，因此提高零部件表麵性能對延長零部件使用壽命具有重要的作用，同時經過周期性檢修及時發現的表麵受損部位，還可以通過表麵再製造技術對其進行補救。對於燃氣輪機和蒸汽輪機來說，失效部位常發生在熱端部件，如轉子、葉片和噴嘴，這些部位的失效原因因不同的運行環境不同，大致可歸結為熱疲勞、外部侵蝕（氣蝕、水蝕等）等。其發生在葉片根部的斷裂是不可修複型，而發生在葉片頂端麵或根部的損傷便可通過修複後實現再利用。再者，用於發電機組的葉片往往造價極高，將修複後的葉片重裝再利用，將大大地降低電廠的發電成本。

       不論是零件在服役前的表麵強化，還是服役後發生故障進行修複，其傳統的加工方式主要有表麵淬火、表麵滲碳或滲氮、熱噴塗、堆焊等，其中熱噴塗和堆焊在後期修複中的應用更加普遍一些。隨著加工技術的不斷升級和改進，一種具有劃時代意義的加工技術迅速地成為製造業各大廠商爭先引進的最新技術，即激光移動再製造技術（激光熔覆）。這種激光再製造技術不僅可以用於受損零部件的修複，還可以做激光表麵淬火，與傳統的熱處理方式相比，激光淬火是一種快熱快冷的加工技術，可在表麵獲得晶粒細小的淬硬層，淬硬層的深度最大可達1.5mm。並且，結合高端多軸機床或者6+2式機械手，采用激光器還可對受損的三維複雜零部件進行修複，充分體現了激光再製造技術的柔性化以及先進性。

       下麵就某發動機缸套的表麵強化以及某汽輪機葉片的表麵修複做一個簡單分析。

圖 1 發動機缸套激光淬火
 

       經激光淬火後的發動機缸套，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。依據缸套的技術要求，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。這是因為激光束照射到缸套表麵的能量密度可達104～105w/cm2,被照射的缸套表麵急驟升溫到相變溫度，激光束離開的瞬間，熱量經母體迅速散失，受熱麵急速冷卻，表層獲得了超細化的馬氏體組織。

 

 

圖 2 葉片修複前及修複後對比圖：A 修複前；B 修複後

 
       從圖2 A中看出，葉片的局部受損部位已經進行了疲勞層去除處理，處理後的表麵起伏不平，不規則度很大。若使用傳統的修複技術很難獲得致密平整的填充效果，而激光熔覆技術是一種非接觸式加工，在一定的範圍內不會受製於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。激光熔覆技術在應用中的常見問題便是裂紋的滋生，多道多層的搭接會增發應力變化的複雜性，不利於從工藝角度控製裂紋的生成。因此在熔覆過程中，可通過調整光斑大小、掃描速度、激光功率來盡量在最少搭接道數目以及最少搭接層下完成豁口的修複，如圖2 B中便是修複後的葉片，經過性能檢測，完全滿足其服役性能要求。

       激光熔覆，它是一個極其複雜的非平衡凝固動態過程，因此在工藝方麵經常需要大量的試驗，才能獲得質量性能均有優異的塗層。另外，金屬粉末的選取也是至關重要的一環，要在能保證熔覆層所需服役性能的同時，還需盡量選取與基材的熱膨脹係數、熔點相近，熔體具有良好潤濕性的金屬粉末。雖然激光熔覆技術在應用中仍存在局限性，但隨著工藝逐漸規範、標準化，待這個尚在雛形中的產業形成技術標準，結合如今激光光源不斷朝著小體積大功率的發展趨勢，今後利用激光來修複一些可再生零部件將發展地更加便捷。

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