一、激光再制造技術(shù)提出的市場(chǎng)背景
再制造工程是以產(chǎn)品全壽命周期理論為指導(dǎo)的工程實(shí)踐。裝備的論證、設(shè)計(jì)、制造、使用、維修、回收的全部費(fèi)用稱作全壽命周期費(fèi)用，傳統(tǒng)上只重視裝備的“前半生”，(這個(gè)周期僅占20~40%的費(fèi)用)，而往往忽略了“后半生”，即使用、維修和報(bào)廢階段的費(fèi)用。
裝備的再制造工程是以裝備的“后半生”為對(duì)象，以提高利用率、節(jié)約資源、環(huán)境保護(hù)、堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的一門(mén)工程技術(shù)。再制造技術(shù)的發(fā)展必須融入高新技術(shù)、使得陳舊部件和裝備獲得重新獲得高品質(zhì)，高附加值的產(chǎn)品，所以再制造業(yè)是實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，完全符合國(guó)家政策的一項(xiàng)重要技術(shù)。美國(guó)的再制造業(yè)產(chǎn)值達(dá)530億美元，從業(yè)人員達(dá)48萬(wàn)人，他們稱“再制造業(yè)是潛在的巨人”。 我國(guó)政府高度重視發(fā)展再制造產(chǎn)業(yè)。2005年，國(guó)務(wù)院發(fā)布了關(guān)于加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的若干意見(jiàn)和做好建設(shè)節(jié)約型社會(huì)近期重點(diǎn)工作的通知，明確提出要積極支持廢舊機(jī)電產(chǎn)品再制造。
但從整體上看，我國(guó)再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，仍處于起步探索階段，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大的差距。中國(guó)再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的主要問(wèn)題：一是再制造作為一個(gè)新的理念還沒(méi)有被人們廣泛認(rèn)識(shí)，各方面對(duì)發(fā)展再制造產(chǎn)業(yè)的重要意義缺乏足夠的認(rèn)識(shí)；二是再制造還沒(méi)有形成產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，技術(shù)和管理水平還比較低；三是現(xiàn)行法規(guī)政策在某些方面制約了零部件再制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
鋼鐵冶金行業(yè)是國(guó)家的基礎(chǔ)行業(yè)，同時(shí)屬于國(guó)家的重工業(yè)，且其設(shè)備繁雜、種類多、噸位重。由于摩擦、磨損等各種原因的存在，要維持設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，每年將消耗大量的備品備件。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003年濟(jì)南鋼鐵股份公司達(dá)到年產(chǎn)量334萬(wàn)t鋼的規(guī)模，而公司每年用于設(shè)備修理的備品備件制造費(fèi)用就高達(dá)1.2億元，備品備件修舊利廢數(shù)量達(dá)150t以上，創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益2000萬(wàn)元左右。因此，減少備品備件的消耗和對(duì)已使用設(shè)備的再制造修復(fù)對(duì)降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有積極的促進(jìn)作用，且降低成本的空間很大。其中激光再制造技術(shù)對(duì)做好備品備件的修理、修復(fù)工作，對(duì)企業(yè)節(jié)能降耗具有非常現(xiàn)實(shí)的意義。
二、激光再制造技術(shù)的可行性分析
（一）激光再制造技術(shù)的主要特點(diǎn)
（1）激光加工是無(wú)接觸加工，對(duì)工件無(wú)直接沖擊，因此無(wú)機(jī)械變形；
（2）激光加工過(guò)程中無(wú)"刀具"磨損，無(wú)"切削力"作用于工件；
（3）激光加工過(guò)程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工,對(duì)非激光照射部位沒(méi)有或影響極小。因此，其熱影響的區(qū)域小，
（4）工件熱變形小后續(xù)加工最小；
（5）由于激光束易于導(dǎo)向、聚焦、實(shí)現(xiàn)方向變換，極易與數(shù)控系統(tǒng)配合及對(duì)復(fù)雜工件進(jìn)行加工，因此它是一種極為靈活的加工方法；
（6）生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益好；
（二）激光加工的優(yōu)勢(shì)
激光具有的寶貴特性決定了激光在加工領(lǐng)域中存在的優(yōu)勢(shì)：
（1）由于它是無(wú)接觸加工，并且高能量激光束的能量及其移動(dòng)速度均可調(diào)，因此可以實(shí)現(xiàn)多種加工的目的。
（2）它可以對(duì)多種金屬、非金屬加工，特別是可以加工高硬度、高脆性、及高熔點(diǎn)的材料。
（3）激光加工過(guò)程中無(wú)“刀具”磨損，無(wú)“切削力”作用于工件。
（4）激光加工過(guò)程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，對(duì)非激光照射部位沒(méi)有影響或影響極小。因此，其熱影響區(qū)小，工件熱變形小，后續(xù)加工量小。
（5）它可以通過(guò)透明介質(zhì)對(duì)密閉容器內(nèi)的工件進(jìn)行各種加工。
（6）由于激光束易于導(dǎo)向、聚集實(shí)現(xiàn)作各方向變換，極易與數(shù)控系統(tǒng)配合和對(duì)復(fù)雜工件進(jìn)行加工，因此是一種極為靈活的加工方法。
（7）使用激光加工生產(chǎn)效率高、質(zhì)量可靠、經(jīng)濟(jì)效益好。
三、激光再制造技術(shù)的主要種類
（一）激光淬火與毛化
激光淬火技術(shù)是利用聚焦后的激光束入射到鋼鐵材料表面，使其溫度迅速升高到相變點(diǎn)以上，當(dāng)激光移開(kāi)后，由于仍處于低溫的內(nèi)層材料的快速導(dǎo)熱作用，使受熱表層快速冷卻到馬氏體相變點(diǎn)以下，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工件的表面相變硬化。如大型軋輥表面激光熔凝淬火的最大淬硬層深度可以達(dá)到2毫米以上。
（二）激光熔覆與合金化
激光熔覆技術(shù)是采用激光束在選定工件表面熔覆一層特殊性能的材料,以改善工件表面性能的工藝。對(duì)于冶金行業(yè)軋輥、導(dǎo)位、輸送輥、夾送輥、剪刃等大量易損件來(lái)說(shuō)，激光熔覆與合金化技術(shù)的最大好處是將軋輥的整體合金化變成表面合金化或者熔覆，使軋輥等易損件的使用壽命大幅度提高的同時(shí)，生產(chǎn)成本增加有限。顯然，合金粉末的設(shè)計(jì)、選擇與使用正確與否是該項(xiàng)技術(shù)能否成功的關(guān)鍵。
（三）激光焊接
激光焊接是激光材料加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一。其原理是將高強(qiáng)度的激光輻射至金屬表面，通過(guò)激光與金屬的相互作用，使金屬熔化形成焊接。由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已成功地應(yīng)用于微、小型零件的精密焊接中。如目前我國(guó)鋼鐵行業(yè)處于主導(dǎo)地位的典型冷軋工藝路線是：轉(zhuǎn)爐冶煉－爐外精煉－初軋開(kāi)坯－熱連軋－酸洗－冷軋－退火－平整－鍍鋅（錫）－成產(chǎn)品。在此典型的冷軋工藝中，帶材焊接設(shè)備必不可少。在運(yùn)行過(guò)程中，先行鋼帶與后行鋼帶必需進(jìn)行焊接，才能保證生產(chǎn)線的連續(xù)作業(yè)。硅鋼板帶在線運(yùn)行時(shí)，需經(jīng)多次“S”型彎曲變形和承受一定的運(yùn)行張力，從而對(duì)焊縫的性能和質(zhì)量有很高要求。
四、激光再制造技術(shù)在鋼鐵冶金行業(yè)中的應(yīng)用
（一）軋輥的修復(fù)與強(qiáng)化
冶金行業(yè)生產(chǎn)設(shè)備大部分是在高(交變)應(yīng)力、高熱應(yīng)力的惡劣環(huán)境下工作，如連鑄輥、校直輥、槽型輥、半鋼輥、鑄管模、熱(冷)軋工作輥、高爐溜槽、料鐘等。在這些設(shè)備中，各種軋輥無(wú)疑是其中最關(guān)鍵的設(shè)備零件，其消耗量大、價(jià)格昂貴、壽命長(zhǎng)短不僅與產(chǎn)品成本密切相關(guān)，而且直接決定鋼鐵制品的質(zhì)量，尤其是表面質(zhì)量和板型。采用激光堆焊修復(fù)各種軋輥，其中以小型軋輥和局部修復(fù)更為擅長(zhǎng)。性能如能新件。如圖1為在實(shí)際使用中，堆焊修復(fù)后的輥1次使用期均達(dá)到1年以上，比未堆焊的60SiMnMo鍛鋼輥平均使用期（3個(gè)月）提高3倍以上，在1次使用后，基材為受損傷的情況下（進(jìn)行探傷檢測(cè)），仍可進(jìn)行再次堆焊修復(fù)。多數(shù)情況都進(jìn)行3—4次修復(fù)。
激光淬火技術(shù)可對(duì)各種導(dǎo)軌、大型齒輪、軸頸、汽缸內(nèi)壁、模具、減振器、摩擦輪、軋輥、滾輪零件進(jìn)行表面強(qiáng)化。
激光毛化汽車板由于涂漆后反射映像光澤度高，在國(guó)外被稱為“鏡面鋼板”，它是生產(chǎn)高級(jí)轎車面板的優(yōu)質(zhì)板材。因此，激光毛化冷軋薄板（帶）是汽車、家電、電子和輕工業(yè)生產(chǎn)需求的重要原材料。