近二十年來，激光加工技術更是在世界各國工業發展中得到廣泛應用，尤其是工業發達國家，已被人們譽為 “未來制造業的共同加工手段”。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的發展方向，當今世界各國都把激光加工技術作為提高生產效率和產品質量、降低成本、增加效益，提高國際競爭力的重要手段。

1 激光加工技術的特點

　　由于激光具有“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，對工件無直接沖擊，無機械變形;

　　（2）無“刀具”磨損，無“切削力”作用于工件;

　　（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，后續加工量小;

　　（4）加工方法靈活。激光束易于導向、聚焦、實現方向變換，極易與數控系統配合、可對復雜工件進行加工;

　　（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）生產效率高，加工質量穩定可靠，經濟與社會效益好。

2 高功率激光加工技術及其應用范圍

　　高功率激光是指激光器輸出功率在2kW以上的激光加工系統，高功率激光加工技術一般包括“激光表面改性技術”和“激光綠色再制造技術”以及激光切割、激光焊接、激光打孔等，本文重點談談“激光表面改性技術”和“激光綠色再制造技術”在冶金企業的應用。

　　2.1 激光表面改性技術

　　主要指激光淬火、激光熔凝、激光表面合金化等。該技術主要用于強化零部件的表面，提高金屬材料及零部件的表面硬度、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、沖擊韌性高、疲勞強度高的特點。運用激光表面改性技術可以大幅度提高零部件質量，成倍延長使用壽命，已廣泛應用于冶金、汽車、軍工、船舶、石化、模具、輕工等行業。

　　2.1.1 激光淬火技術：它是利用聚焦后的激光束人射到鋼鐵材料表面，使其溫度迅速升高到相變點以上，當激光移開后，由于仍處于低溫的內層材料的快速導熱作用，使受熱表層快速冷卻到馬氏體相變點以下，從而實現工件表面相變硬化，激光淬火可以基本保持工件表面粗糙度不變。

　　2.1.2 激光熔凝強化：則是采用激光熔融金屬表面，激光束移開后，熔融的金屬直接從液態淬硬為固態，形成表面強化層的工藝。激光熔凝強化的不足之處，在于激光加工后的表面粗糙度有所降低，其降低幅度取決于激光加工工藝參數。激光淬火與熔凝處理的共同特點是不改變材料的成份。

　　2.1.3 激光表面合金化：工藝過程與激光熔覆類似，最大差別在于它添加的合金元素與基材充分混合，共同決定表面層的性能;而激光熔覆則主要利用所添加合金粉末的性能，基材對表面合金化層性能的貢獻很小。對于冶金行業軋輥、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合金化變成表面合金化或者熔覆，可使軋輥等易損件的使用壽命大幅度提高。

　　2.2 激光綠色再制造技術

　　指激光熔覆修復技術。它能夠修復以前大量報廢的大型工件，如齒輪軸、電機軸、葉片等。激光加工過程無污染、無三廢、屬綠色高新加工技術，產生的經濟效益明顯。

　　激光熔覆修復技術是采用激光束在選定工件表面熔覆一層特殊性能（如耐磨、耐腐蝕、耐疲勞、抗氧化等）的材料，以改善工件表面性能的工藝。與傳統的噴焊或者堆焊工藝相比具有以下優點：

　　（1）激光束的能量密度高，只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，因此適合修復一些高精度零件或者對變形要求嚴格的零件，如風機轉子軸、汽輪機轉子軸等。

　　（2）激光熔覆層稀釋率低，且可以精確控制，熔覆層的成分與性能主要取決于熔覆材料的成份。因此，可以采用各種性能優良的材料對基材表面進行改性;特別是可以采用激光熔覆技術修復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，熔覆層與基材為冶金結合，強度高，因此可以用于一些重載條件下零件的表面強化與修復，如大型軋輥扁頭、大型齒輪、大型曲軸等零件的修復。

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有很廣的應用范圍。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的DL-T5000型5kW橫流co，激光器及激光加工成套設備，對馬鋼部分生產廠礦的備件進行了加工處理，實驗證明：

　　3.1 軋輥進行激光表面合金化強化處理后，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線

　　2005年9月 1日￣11月8日，前后軋制69天，經高功率激光表面合金化強化處理后的軋輥（注：以下簡稱“激光輥”）上生產線第一機架試驗，三個部位累計過鋼量達13.4萬t（注：普通輥過鋼量為6萬t），比普通輥過鋼量增加7.4萬t，軋輥壽命提高了1.23倍。

　　6天后，第二對激光輥上生產線第三機架試驗，前后軋制59天，四個部位累計過鋼量達 15.6萬t（注：普通輥過鋼量為6.8萬 t），比普通輥過鋼量增加8.8萬 t，軋輥壽命提高了1.29倍。軋制后的激光輥，機床切削加工順利，龜裂紋減少，表面光潔度提高，內部高溫性能得到改進與優化。

　　（2）第三鋼軋總廠線材生產線

　　在棒材生產線軋輥取得明顯成效的基礎上，又在線材生產線的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面合金化強化處理后，其壽命可以提高3倍。

　　（3）第三鋼軋總廠大H型鋼生產線

　　據現場生產統計，2006年4月 16日，第一對激光立輥（直徑 90（毫米）開始上 U2架軋機軋制，5月 12日最終下線，累計軋制大 H型鋼.00x300，700x300等規格）22636t，比普通軋棍多軋制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架軋機軋制，5月20日最終下線，累計軋制大H型鋼21199t，比普通軋輥多軋制 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后續加工切削，結果表明激光棍切削量只有普通棍切削量的二分之一，切削順利且熱裂紋減少，軋輥表面光潔度提高。

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

　　（4）第二鋼軋總廠棒材、線材、型鋼二分廠生產線

　　由于二鋼軋總廠各分廠的鋼材產品品種多，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 ”綠色再制造技術”

　　激光熔覆技術，可以在最短時間內將各類重要零部件局部磨損位置的尺寸得到還原，備件變廢為寶。水泵軸、風機軸、空壓機曲軸、軋機高速傘齒輪軸、活塞、軸套、礦山圓錐磨盤、缸體、鑄鐵機鏈輪及軋輥等報廢備件采用激光熔覆技術修復，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，其表面大面積磨損。2006年國慶期間，采取激光熔覆技術修復，加工6天，修復后的油壓機注塞完好如新，裝機使用正常;修復費用僅為備件價值的40%.

　　（2）2006年 11月 13日上午 10時40分，第一能源總廠4萬耐制氧機308循環泵房2號水泵一直徑80mm的軸承配合面嚴重磨損，庫房沒有備件，將影響安全生產。該廠設備保障部求助激光修復處理，要求在6h內完成。安徽米特吉激光科技有限公司采取激光熔覆技術修復，5個多小時完成修復工作，費用 3000元;安裝后恢復正常運行方式，保證了制氧生產，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德國進口的立磨風機軸（長2200mm，最大部位直徑1600mm）軸承部位嚴重磨損，無法使用，價值十幾萬元。2006年國慶期間采取激光熔覆技術修復，5天完成修復工作，費用不到三分之一。

　　（4）第一鋼軋總廠CSP生產線碼軋機支撐輥，自重38t，價值上百萬元，輥面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復處理完畢，待上線軋制檢驗。

　　（5）第二煉鐵總廠鑄鐵機已多年不用，年久失修，三套鑄鐵機主傳動鏈輪齒輪磨損十分嚴重，無法工作，全部更新需要近 180萬元。公司下達的指令是必須在2007年2月8日前（40天）完成修復任務。為了確保鋼新區4000耐大高爐順利投產，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天時間完成了修復工作;修復好的鑄鐵機生產正常，最多鑄鐵一天可達2000多噸;激光修復費用約為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評價

　　高功率激光加工技術在馬鋼試用、實驗一年多來，廠礦、部門有關領導和專家都給予了充分的肯定，生產線技術人員和軋輥作業區同志都給予較為滿意的評價，其效果主要體現在以下幾個方面：

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

　　（2）軋輥內在高溫性能得到改善，表現為切削后輥面熱裂紋減少，光潔度提高。

　　（3）軋制噸位大幅提高，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）激光熔覆技術修復損壞備件，質量好，快捷、爭取了時間，其修復費用一般只有新件的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復備件，可以降低鋼材制造成本，提高企業經濟效益。

4 結語

　　我國的經濟增長已連續四年保持 10%以上的增速，但付出的資源環境代價也過大。2006年按現行匯率初步測算，中國GDP總量占世界的比重5.5%，但能源消耗24.6億t標準煤，占世界的比重15%;鋼表觀消費量3.88億t，占世界的比重30%;水泥消耗 12.4億t，占世界的比重54%（馬凱，2007年）。溫家寶總理指出“我國經濟社會發展取得了舉世矚目的巨大成就，但是，我們在資源和環境方面也付出了巨大代價。經濟增長方式粗放，資源消耗高，浪費大，污染重”;應“加快建設節約型社會”。

　　我認為建設節約型社會應從方方面面、點點滴滴，全社會各行各業都要重視，鋼鐵工業更應率先。據統計，2005年馬鋼鋼產量967萬t，軋輥消耗費用近2億元，平均噸鋼消耗軋輥價值 20元;按此類推，2006年中國鋼產量4.18億 t，全國全年軋輥消耗價值05多億元;如有四分之一的軋輥采用高功率激光加工技術強化處理提高使用壽命一倍，僅此一項鋼鐵工業就可以降低制造成本十多億元;另外還有大量的備件若通過高功率激光熔覆技術得到修復，其效益將更為可觀;如果冶金、電力、化工、汽車制造、機械、建材、船舶等行業的易損備件都能應用激光加工技術修復處理，其產生的經濟效益將是數百上千億。