近二十年來，激光加工技術更是在世界各國工業(ye) 發展中得到廣泛應用，尤其是工業(ye) 發達國家，已被人們(men) 譽為(wei) “未來製造業(ye) 的共同加工手段”。激光加工技術的出現正促使著目前“電加工時代”向“光加工時代”轉變，代表著當前材料加工業(ye) 的發展方向，當今世界各國都把激光加工技術作為(wei) 提高生產(chan) 效率和產(chan) 品質量、降低成本、增加效益，提高國際競爭(zheng) 力的重要手段。

1 激光加工技術的特點

由於(yu) 激光具有“四高”特性，因此激光加工技術具有其它加工方法所不可比擬的顯著特點，主要有：

（1）無接觸加工，對工件無直接衝(chong) 擊，無機械變形;

（2）無“刀具”磨損，無“切削力”作用於(yu) 工件;

（3）激光束能量密度高，加工速度快;局部加工，影響熱區小，工件熱變形小，後續加工量小;

（4）加工方法靈活。激光束易於(yu) 導向、聚焦、實現方向變換，極易與(yu) 數控係統配合、可對複雜工件進行加工;

（5）可加工多種金屬、非金屬;也可加工高硬度、高脆性、高熔點材料;

（6）生產(chan) 效率高，加工質量穩定可靠，經濟與(yu) 社會(hui) 效益好。

2 高功率激光加工技術及其應用範圍

高功率激光是指激光器輸出功率在2kW以上的激光加工係統，高功率激光加工技術一般包括“激光表麵改性技術”和“激光綠色再製造技術”以及激光切割、激光焊接、激光打孔等，本文重點談談“激光表麵改性技術”和“激光綠色再製造技術”在冶金企業(ye) 的應用。

2.1 激光表麵改性技術

主要指激光淬火、激光熔凝、激光表麵合金化等。該技術主要用於(yu) 強化零部件的表麵，提高金屬材料及零部件的表麵硬度、耐磨性、耐蝕性以及強度和改善高溫性能;同時可使零部件心部仍保持較好的韌性，使零部件的機械性能具有耐磨性好、衝(chong) 擊韌性高、疲勞強度高的特點。運用激光表麵改性技術可以大幅度提高零部件質量，成倍延長使用壽命，已廣泛應用於(yu) 冶金、汽車、軍(jun) 工、船舶、石化、模具、輕工等行業(ye) 。

2.1.1 激光淬火技術：它是利用聚焦後的激光束人射到鋼鐵材料表麵，使其溫度迅速升高到相變點以上，當激光移開後，由於(yu) 仍處於(yu) 低溫的內(nei) 層材料的快速導熱作用，使受熱表層快速冷卻到馬氏體(ti) 相變點以下，從(cong) 而實現工件表麵相變硬化，激光淬火可以基本保持工件表麵粗糙度不變。

2.1.2 激光熔凝強化：則是采用激光熔融金屬表麵，激光束移開後，熔融的金屬直接從(cong) 液態淬硬為(wei) 固態，形成表麵強化層的工藝。激光熔凝強化的不足之處，在於(yu) 激光加工後的表麵粗糙度有所降低，其降低幅度取決(jue) 於(yu) 激光加工工藝參數。激光淬火與(yu) 熔凝處理的共同特點是不改變材料的成份。

2.1.3 激光表麵合金化：工藝過程與(yu) 激光熔覆類似，最大差別在於(yu) 它添加的合金元素與(yu) 基材充分混合，共同決(jue) 定表麵層的性能;而激光熔覆則主要利用所添加合金粉末的性能，基材對表麵合金化層性能的貢獻很小。對於(yu) 冶金行業(ye) 軋輥、導位、輸送輥、夾送輥、剪刃等大量易損件來說，最大好處是將其整體(ti) 合金化變成表麵合金化或者熔覆，可使軋輥等易損件的使用壽命大幅度提高。

2.2 激光綠色再製造技術

指激光熔覆修複技術。它能夠修複以前大量報廢的大型工件，如齒輪軸、電機軸、葉片等。激光加工過程無汙染、無三廢、屬綠色高新加工技術，產(chan) 生的經濟效益明顯。

激光熔覆修複技術是采用激光束在選定工件表麵熔覆一層特殊性能（如耐磨、耐腐蝕、耐疲勞、抗氧化等）的材料，以改善工件表麵性能的工藝。與(yu) 傳(chuan) 統的噴焊或者堆焊工藝相比具有以下優(you) 點：

（1）激光束的能量密度高，隻要注入較少的能量就可以完成激光熔覆。零件熱影響區小，變形小，因此適合修複一些高精度零件或者對變形要求嚴(yan) 格的零件，如風機轉子軸、汽輪機轉子軸等。

（2）激光熔覆層稀釋率低，且可以精確控製，熔覆層的成分與(yu) 性能主要取決(jue) 於(yu) 熔覆材料的成份。因此，可以采用各種性能優(you) 良的材料對基材表麵進行改性;特別是可以采用激光熔覆技術修複一些常規堆焊工藝無法實現的工件，如渦輪發動機葉片、電機主軸等。

（3）激光熔覆層組織致密，微觀缺陷少，熔覆層與(yu) 基材為(wei) 冶金結合，強度高，因此可以用於(yu) 一些重載條件下零件的表麵強化與(yu) 修複，如大型軋輥扁頭、大型齒輪、大型曲軸等零件的修複。

3 馬鋼應用高功率激光加工技術實踐

高功率激光加工技術在冶金行業(ye) 有很廣的應用範圍。2005年 9月以來，安徽米特吉激光科技有限公司采用沈陽大陸激光成套設備有限公司生產(chan) 的DL-T5000型5kW橫流co2激光器及激光加工成套設備，對馬鋼部分生產(chan) 廠礦的備件進行了加工處理，實驗證明：

3.1 軋輥進行激光表麵合金化強化處理後，使用壽命成倍增加

應用實例如下：

（1）第三鋼軋總廠棒材生產(chan) 線

2005年9月 1日￣11月8日，前後軋製69天，經高功率激光表麵合金化強化處理後的軋輥（注：以下簡稱“激光輥”）上生產(chan) 線第一機架試驗，三個(ge) 部位累計過鋼量達13.4萬(wan) t（注：普通輥過鋼量為(wei) 6萬(wan) t），比普通輥過鋼量增加7.4萬(wan) t，軋輥壽命提高了1.23倍。

6天後，第二對激光輥上生產(chan) 線第三機架試驗，前後軋製59天，四個(ge) 部位累計過鋼量達 15.6萬(wan) t（注：普通輥過鋼量為(wei) 6.8萬(wan) t），比普通輥過鋼量增加8.8萬(wan) t，軋輥壽命提高了1.29倍。軋製後的激光輥，機床切削加工順利，龜裂紋減少，表麵光潔度提高，內(nei) 部高溫性能得到改進與(yu) 優(you) 化。

（2）第三鋼軋總廠線材生產(chan) 線

在棒材生產(chan) 線軋輥取得明顯成效的基礎上，又在線材生產(chan) 線的1架、4架、5架、6架及8架的軋輥上進行了多輪試驗，其中8架激光輥壽命提高最為(wei) 明顯，提高了近2倍。尤其是中間夾送輥經激光處高功率激光表麵合金化強化處理後，其壽命可以提高3倍。

（3）第三鋼軋總廠大H型鋼生產(chan) 線

據現場生產(chan) 統計，2006年4月 16日，第一對激光立輥（直徑 90（毫米）開始上 U2架軋機軋製，5月 12日最終下線，累計軋製大 H型鋼.00x300，700x300等規格）22636t，比普通軋棍多軋製16260t，立輥使用壽命提高了2.55倍。2006年5月 1日，第二對激光立輥（直徑900rnm）上U1架軋機軋製，5月20日最終下線，累計軋製大H型鋼21199t，比普通軋輥多軋製 16136t，軋輥使用壽命提高2.33倍。

5月21日，H型鋼分廠加工工段機床對激光立輥進行後續加工切削，結果表明激光棍切削量隻有普通棍切削量的二分之一，切削順利且熱裂紋減少，軋輥表麵光潔度提高。

6月8日，第三對激光立輥上小H型鋼軋機軋製，7月14日下線，累計軋製小 H型鋼（400x200，150x150等規格）25137t，比普通軋輥多軋製18137t，軋輥使用壽命提高2.59倍。

（4）第二鋼軋總廠棒材、線材、型鋼二分廠生產(chan) 線#p#分頁標題#e#

由於(yu) 二鋼軋總廠各分廠的鋼材產(chan) 品品種多，批量少，加上部分軋機不能在線加油，軋機軸承更換頻繁，致使激光輥效率發揮不夠明顯，該總廠技術科總結結果反映，激光輥平均使用壽命可以提高0.9倍;如通過改造軋機實現在線加油，激光輥使用壽命一般都可以提高一倍以上。

3.2 ”綠色再製造技術”

激光熔覆技術，可以在最短時間內(nei) 將各類重要零部件局部磨損位置的尺寸得到還原，備件變廢為(wei) 寶。水泵軸、風機軸、空壓機曲軸、軋機高速傘(san) 齒輪軸、活塞、軸套、礦山圓錐磨盤、缸體(ti) 、鑄鐵機鏈輪及軋輥等報廢備件采用激光熔覆技術修複，效果十分明顯。

部分應用實例如下：

（1）馬鋼車輪輪箍廠5000t油壓機的核心部件一直徑500rnm注塞，其表麵大麵積磨損。2006年國慶期間，采取激光熔覆技術修複，加工6天，修複後的油壓機注塞完好如新，裝機使用正常;修複費用僅(jin) 為(wei) 備件價(jia) 值的40%.

（2）2006年 11月 13日上午 10時40分，第一能源總廠4萬(wan) 耐製氧機308循環泵房2號水泵一直徑80mm的軸承配合麵嚴(yan) 重磨損，庫房沒有備件，將影響安全生產(chan) 。該廠設備保障部求助激光修複處理，要求在6h內(nei) 完成。安徽米特吉激光科技有限公司采取激光熔覆技術修複，5個(ge) 多小時完成修複工作，費用 3000元;安裝後恢複正常運行方式，保證了製氧生產(chan) ，在場的工程技術人員十分感動。

（3）馬鋼嘉華新型建材有限公司從(cong) 德國進口的立磨風機軸（長2200mm，最大部位直徑1600mm）軸承部位嚴(yan) 重磨損，無法使用，價(jia) 值十幾萬(wan) 元。2006年國慶期間采取激光熔覆技術修複，5天完成修複工作，費用不到三分之一。

（4）第一鋼軋總廠CSP生產(chan) 線碼軋機支撐輥，自重38t，價(jia) 值上百萬(wan) 元，輥麵多處出現巴掌大掉塊，有的地方深達30mm，棄之一邊基本報廢。采用激光熔覆技術 +加熱保溫技術進行修複處理完畢，待上線軋製檢驗。

（5）第二煉鐵總廠鑄鐵機已多年不用，年久失修，三套鑄鐵機主傳(chuan) 動鏈輪齒輪磨損十分嚴(yan) 重，無法工作，全部更新需要近 180萬(wan) 元。公司下達的指令是必須在2007年2月8日前（40天）完成修複任務。為(wei) 了確保鋼新區4000耐大高爐順利投產(chan) ，該廠設備保障部委托激光公司采用激光熔覆技術處理，日以繼夜用了27天時間完成了修複工作;修複好的鑄鐵機生產(chan) 正常，最多鑄鐵一天可達2000多噸;激光修複費用約為(wei) 更新費用的四分之一。

3.3 高功率激光加工技術在馬鋼應用總體(ti) 評價(jia)

高功率激光加工技術在馬鋼試用、實驗一年多來，廠礦、部門有關(guan) 領導和專(zhuan) 家都給予了充分的肯定，生產(chan) 線技術人員和軋輥作業(ye) 區同誌都給予較為(wei) 滿意的評價(jia) ，其效果主要體(ti) 現在以下幾個(ge) 方麵：

（1）普通軋輥經過高功率激光加工技術強化處理後，軋輥整體(ti) 綜合機械性能不改變，軋輥表麵孔型尺寸不改變，軋輥的表麵強度、硬度和耐磨性得到提高。

（2）軋輥內(nei) 在高溫性能得到改善，表現為(wei) 切削後輥麵熱裂紋減少，光潔度提高。

（3）軋製噸位大幅提高，軋輥使用壽命成倍延長，輥耗明顯降低，軋輥采購成本降低。

（4）激光熔覆技術修複損壞備件，質量好，快捷、爭(zheng) 取了時間，其修複費用一般隻有新件的30%-40%，節約了采購費用。

（5）間接效益十分明顯;一是可以減少軋機停機時間和換輥次數，有效地提高了設備作業(ye) 率。二是降低了工人換輥和軋輥加工的勞動強度;三是可以減小軋輥堆放場地，成倍減少資金占用。

總之，利用高功率激光加工技術強化處理軋輥和修複備件，可以降低鋼材製造成本，提高企業(ye) 經濟效益。