激光加工技术在再制造业中的应用及发展前景如何(激光加工技术在再制造业中的应用及发展前景)

20世纪90年代初,激光再制造技术成为一个热门的研究课题,大部分专家都把重点放在了它的研发上。随着再制造理念逐渐被社会接受,技术不断优化,我国再制造产业取得重大突破,产业规模不断扩大,覆盖面更加广泛,市场应用效果显著,智能化程度越来越高,成为近年来激光加工技术的新亮点。

当前,我国已进入汽车、工程机械、车床报废更新高峰期,再制造产业发展面临难得机遇和巨大潜力。一个激光再制造的高端智能市场正在到来。

1.激光再制造技术已经基本成熟。

激光再制造技术已经基本成熟。激光再制造技术是近年来出现的一种新的技术模式,尤其是激光熔覆、激光淬火和激光表面合金化。根据损坏部位采用不同的修复方法。激光熔覆是激光再制造技术的主要手段之一。激光熔覆以高能激光束为热源,通过金属和焊接材料的快速熔化、膨胀和冷却,形成具有特殊性能的表面层,通常具有耐磨、耐腐蚀、耐热、抗氧化等性能。激光熔覆的优点是熔覆层与基体为冶金结合,基体的热影响区极小,加工和热变形小,孔洞、夹杂、裂纹等缺陷得到很好的控制。

激光淬火是用聚焦(或束状)激光束加热金属表面,使其发生马氏体转变,形成马氏体硬化层的工艺。激光淬火后,工件表面粗糙度基本不变,无需后续机械加工即可满足实际工况的要求。

激光合金化是通过加入激光使合金粉末与基体材料发生反应的一种新的表面处理方法。

激光加工技术在再制造行业的应用和其他制造业一样,具有其他加工技术不可替代的优势。用于再制造的激光加工已从相变硬化发展到激光表面合金化和激光熔覆,从激光合金涂层发展到复合涂层和陶瓷涂层,从而使激光表面改性技术成为再制造的重要手段。中科院金属所和北京、天津、杭州等地高校的激光工程中心都在从事这项研究,为激光加工应用于再制造发挥了巨大作用。其他面向再制造的激光加工技术也逐渐出现并得到推广。

激光再制造技术的出现,打破了传统再制造技术在修复材料和零件形状方面的局限性,突破了再制造技术的局限性。利用激光再制造技术修复高温、高压、高速的涡轮动力机械零件,已得到石化、电力、煤炭、冶金、汽车等十几个行业的认可。

常用的激光再制造设备是CO2激光再制造成套设备,一般为五轴机床结构,应用广泛。而CO2激光波长较长(10.6m),金属对该波长的吸收率较低。激光束采用硬光路传输,系统灵活性差。近两年,光纤传导的光纤激光器和半导体激光器再制造设备的出现,掀起了再制造技术创新的新高潮,其高灵活性和短波长(0.8 ~ 1.07微米)决定了光纤激光器和半导体激光器应用的良好前景。

2.支持行业发展的强有力的国家政策

国家强政策支持行业发展。国内再制造市场主要分为汽车、工程机械、车床三大类。中国再制造产业发展较晚,但势头强劲。政府非常重视发展

2011年8月8日,工信部公布《关于推进再制造产业发展的意见》,柳工成为首批再制造产品目录的8家企业之一。

2012年2月9日,工业和信息化部发布了第二批再制造产品目录,包括来自三一重工有限公司、卡特彼勒再制造工业(上海)有限公司、武汉马千里工程机械再制造有限公司、上海宝钢设备维修有限公司、安徽皖南电气有限公司、李三(厦)汽车零部件有限公司等6家企业的4大类35种产品.

2015年5月6日,国家发改委发文,确定华南理工大学激光法利为第二批“国家再制造试点单位”,全国又有28家单位获批。至此,1500亿的再制造市场已经打开,未来将推广原厂授权再制造模式。“十二五”期间,将建成5-10个产业链完整的再制造产业集群。

2017年10月31日,工信部发布关于印发《再制造产品目录(第一批)》加强高端智能再制造关键技术创新和产业化应用的通知。突破一批制约我国高端智能再制造发展的关键共性技术,如拆卸、检测、成形加工等,智能检测、成形加工技术达到国际先进水平;发布50项高端智能再制造管理、技术、装备及评价标准;初步建立可复制、可推广的再制造产品应用市场化机制;推动建立100家高端智能再制造示范企业、技术研发中心、服务企业、信息服务平台、产业集群等。并带动中国再制造产业规模达到2000亿元。

2019年,国家发改委决定扩大汽车零部件再制造试点范围,包括再制造产品的种类和范围。希望通过扩大再制造试点范围,进一步探索适合国情的汽车零部件再制造发展道路。

3.市场呼唤再制造

激光再制造技术具有优质、高效、节能、节材、环保等优点。通常以损坏和废弃零件为再制造对象。但在实际生产应用中发现,经过激光再制造处理的废旧零件不仅恢复了原有的性能参数,甚至超越了新零件的性能指标,所以近年来激光再制造技术逐渐成为提高新产品性能的手段。

中国是制造业大国,拥有丰富的再制造装备资源。目前已进入机械设备和家用电器报废高峰期。据粗略统计,中国有800万台机床。中国传统的旧机床,60%以上都是用了10年以上的。按此计算,目前约有450万台机床处于报废阶段,大量设备需要再制造技术,市场潜力巨大。

随着政府强调节能减排的大趋势,再制造技术的应用范围不断扩大。产业发展前景十分广阔。到2020年,相关产业产值达到2000亿元。我国有数万亿元的设备资产,每年因磨损腐蚀造成的设备停机报废损失在千亿元以上,这为激光再制造技术带来了广阔的市场应用前景。基于此,市场呼唤再制造,行业关注再制造,企业希望再制造。

4.发动机再制造是必然趋势。

再制造实际上是国家层面倡导的循环经济的一种体现。目前,世界上比较发达的国家在汽车工业的应用上已经取得了显著的成绩。日本汽车零部件的再制造利用率可以达到96%,欧洲可以达到80%-90%,美国可以达到100%

再制造能否顺利进行,再制造的利用率及其效果很大程度上取决于产品的初始设计。在发达市场,再制造有三种基本模式:一种是原厂直接再制造,一汽、SAIC属于这种类型;二是原厂授权再制造;第三种是第三方独立做产品。对于汽车企业来说,实施面向再制造的绿色设计是未来发展的新方向。

5.再制造凸显企业竞争力

不是所有的企业都有能力进行再制造。很多希望但无力开展再制造业务的企业,一方面缺乏技术,另一方面也缺乏控制成本的能力。再制造产品比新产品节能60%,节材70%以上。平均70%的零件可以重复使用,但价格只有新产品的30%-40%,成本实际不到50%,毛利率远高于新产品。这些数据看起来简单,但实现起来非常困难。

激光表面强化过程示意图

如何修复磨损的零件也是一个难题。工程机械产品上有很多钢配件,不是直接补就能修复的。如果采取局部高温措施,价格非常昂贵,而且不同配件的损坏形式复杂多样,很难进行批量修复工作。

所以又出现了一个问题:由于修复工作的不确定性,再制造产品会严重依赖人工,那么最终产品的价值是否具有很高的性价比?如何评价原厂配件的剩余寿命,对于配件的生产厂家来说,仍然是一个国际性的难题。目前没有一个机构对再制造工程机械产品有严格的标准限制,企业在评估产品性能时会花费大量的人力物力。

要打破这种模式,企业必须进行技术创新,增强竞争力。随着地球资源的逐渐减少,再制造仍然是工程机械发展的必由之路。从短期来看,再制造创造的价值很难满足一些想要高速发展的企业,但它是企业未来竞争力的体现。特别是当各类产品的数量稳定下来后,新产品的销量会大幅下降并趋于稳定,这体现了再制造产品的地位和优势。

6.打造高端智能再制造产业链。

“科技领先世界,回收行业与国际接轨”,这是中国再制造行业的口号,也是中国再制造人的梦想。激光再制造作为再制造的一项重要技术,在未来有着巨大的发展空间。当前,我国经济进入高速发展时期,消耗了大量的资源和环境。发展激光再制造产业有利于节约资源、降低能耗。有利于减少污染和保护环境;有利于降低产品成本,提高企业竞争力。

再制造的关键点是如何“拿回来卖”。比如旧发动机可以回收利用,作为再制造资源,再制造产品可以出售。在一定的产业技术支撑下,可以帮助形成专业化的回收、拆解、清洁和再制造以及公共平台的建设,形成全产业链。

为使激光再制造产业持续稳定发展,首先,应加强制定有利于激光再制造产业发展的新政策。二是修改完善相关法律法规。三是要进一步扩大示范试点,培育激光再制造产业化基地。四是加强流通监管体系建设。第五,要提高创新研发能力,重视人才培养。

虽然激光再制造已经完全产业化,但是还有很多未完成的领域和技术。行业应打破现有格局,不断扩大激光再制造的工程应用范围,促进科技成果转化,开辟新的再生资源和再制造领域,全面推进激光再制造