中小直径管道内壁激光熔覆应用的说明

在船舶、石油、采矿等制造业中，需要使用大量的管道，这些管道在使用过程中内壁会受到不同程度的磨损而影响其使用性能和寿命，因此增加管道内壁耐磨性、耐腐蚀性等性能是解决这一问题的关键。

激光熔覆技术作为一种材料表面改性的新技术，是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面层同时熔化，并快速凝固后形成稀释层基底并与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等的工艺方法。其主要特征如下：（1）超快的熔凝速度（10³～10⁶℃／s），因此其加工效率非常高，加工速度很快；（2）熔覆层与基体之间形成良好的冶金结合，熔覆层组织致密，热影响区小且稀释率低；（3）熔覆材料选择多样性，可根据不同的工程需求设计不同的合金比例，以便于有效控制熔覆过程中熔覆层的组织与性能；（4）激光熔覆属于精细加工方法，可用于实现微小区域的局部加工，并且加工过程中与零件无直接接触，不会对部件造成接触损伤，便于实现加工过程的自动化控制。该技术已初步地用于管道的熔覆。

现阶段激光熔覆技术只能熔覆大直径的管道，而对于中小直径的管道，主要是由于熔覆受到空间的限制，激光头难以进入管道中，实现过程复杂，耗费较大，而且常规的激光熔覆加工头激光在相对较远的位置才开始聚焦，加工效率低且很容易损坏保护镜，难以实现良好的加工质量。

一些高承载零件内壁对表面熔覆、修复的应用需求持续增加，希望具有卓越的耐磨、耐冲刷、耐腐蚀性能等，如轴承、模具、气缸、油缸、挤压筒、阀门等。随着产品服役性能、结构复杂度的提高，工业界对内壁激光熔覆、修复技术的适用极限尺度、多功能性与高质高效性提出了越来越高的应用需求。

不同于外壁激光熔覆，内壁激光熔覆加工头中激光束、粉末、冷却水都需在有限空间通过长距离传输到达光学头的顶端，为适应更小、更长内径零件的加工，内壁激光熔覆加工头要求具有高集成、高精度、高刚性的特性。

内壁激光熔覆光学系统，也称为ICO（Inner Cladding Optics），是内壁激光熔覆系统的核心部件， ACunity与Fraunhofer ILT的孵化企业IXUN GmbH建立联合实验室与制造工厂，针对工业界不同的应用需求，开发了系列型号内壁激光熔覆光学系统，对光路设计、轻量化结构刚性、水冷效果、粉末汇聚性能、集成度等持续优化升级，在最大延伸长度、最小适用内径范围不断挑战极限，可满足工业界大部分规格尺寸零件的内孔、内腔的激光加工需求。模块化的系统设计与多系列的内壁光学系统可满足内壁激光熔覆、激光修复、激光焊接、激光硬化等不同加工需求，一切外壁激光熔覆适用的材料均可应用。

亚琛联合科技的内壁激光加工系统在设计上充分考虑了应用便捷性，系统采用模块化设计，机床、机器人不同运动形式，配备不同规格的内壁光学系统，也可实现内、外壁激光熔覆的一体化集成。同时，针对不同产品特征、工艺需求，开发了内壁激光熔覆、修复、硬化等不同方法的配套工艺规范。

技术优势：

高集成度高稳定性：粉路、气路、水路、光路均集成于管内

适用最小管件内径：Ф33mm

最大延伸长度：单侧3mm

适用盲孔加工：粉末流、光束45°斜向入射设计

多功能快速切换：更换前端喷嘴，可完成熔覆、增材、焊接、淬火等多种工艺

适用多种材料：可制备鉄基、镍基、钴基、铜基、复合材料等多种合金涂层

过程在线监测：可实现加工区图像、温度的实时监测，管内激光快速寻位与对中

审核编辑：符乾江