高清PDF《现代激光技术及应用丛书 激光再制造 》徐滨士 董世运等编著 2016年版

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前言
节能减排、可持续发展、应对气候变化已成为社会发展的重大主题。进入21世纪以来,随着国家发展循环经济,建设资源节约型,环境友好型社会等玫策的贯彻实施,再制造工程的发展迎来了快速发展的春天。经过10余年的发展,再制造已经发展到产业化阶段,在国防、交通、能源、冶金、化工等多领城的节能减排中发挥越来越显著的作用。激光再制造作为再制造核心技术之一,是一种集光、机、电于一体的先进再制造技术,在再制造产业发展中具有重要地位,在国防装备维修保障和国民经济多领域装备修复中获得了大量应用,创造了巨大的经济效益和社会效益,并且其应用范围不断扩大。激光再制造已成为具有中国特色、自主创新的再制造产业的关键技术支撑,为我国先进制造和绿色制造技术发展以及装备制造服务业发展注入了活力,有力推动了装备制造业的技术进步。
激光再制造技术一直以来都在不断完善和充实。理论上,激光再制造在有关学科交叉渗透的基础上形成了具有特色的技术理论:应用上,激光再制造工程已深入到国民经济的方方面面,并将产生越来越大的经济效益和社会效益。并且,近年来,随着我国循环经济发展和制造业转型升级,从事激光再制造技术研究和应用的从业人员不断增多,但目前国内外还没有激光再制造方面的专门著作,因此激光再制造技术和再制造产业发展也亟需相关著作出版。多年来,作者一直基于激光熔覆等激光材料加工技术原理,开展激光再制造理论与技术研究,能够把多年科研、教学和工程实践的成果及思考探索所得,总结为一本书,与同行分享,也算是一件幸事。
激光再制造是绿色再制造先进技术之一,以其独特的技术优点,已成为再制造领域的一个极具活力的热门方向。激光再制造是基于激光熔覆等材料激光沉积技术原理,实现零部件损伤部位的尺寸恢复和零部件性能恢复甚至提升。它综合了激光熔覆和快速成形等技术优点,既可以有效恢复、提升失效零件表面的耐磨、耐蚀、耐高温、抗疲劳等性能,又可针对缺损零件局部部位进行体积成形、恢复原始尺寸,也就是说,它既可以进行二维再制造(表面损伤),又可以进行三维(体积损伤)再制造。从该方面考虑,这也是激光3D打印原理和技术在再制造领域的应用。近年来,随着激光增材制造、激光3D打印等成为先进制造、绿色制造和激光材料加工等领城的热门话题和研究热点,激光3D打印领城的研发和从业人员主要考虑如何在新产品设计研发和制造过程中发挥3D打印的技术优势。但大家也认识到,针对成熟产品制造而言,与基于工厂生产线的传统生产方式相比,激光3D打印效率低、成本高,难以在工业大生产中推广应用,因此大家感觉激光3D打印被局限在了创新设计、新品试制和特殊件单件生产等有限领域。而基于金属激光沉积原理的激光再制造技术,在技术基础理论方面与金属激光3D打印具有相通之处,且具有耗材少、效率高、效益大、节能环保等优势,符合生态文明建设需求以及中国制造2025等政策和规划方向,应用领域宽广、发展前景广阔,因此激光再制造也为激光3D打印技术拓展了发展方向和空间。
为了与有关学者、工程技术人员共同推进激光再制造理论与技术的发展,作者抛砖引玉,以所带领团队多年研究成果为主,参考和综合国内外相关研究成果,编写了本书。全书包括七章内容。第1章在介绍再制造概念、特点及其产业现状的基础上,阐述激光再制造技术优势、研究应用现状及其重要意义,主要由徐滨士董世运凝写。第2章从激光与材料相互作用、激光再制造过程的治金规律、激光再制造中的“控形控性”理论和激光再制造界面匹配性等方面,阐述激光再制造技术基础知识,主要由董世运、闫世兴和方金祥撰写。第3章从激光再制造设备系统、技术方法、工艺流程等方面,介绍了激光再制造技术体系,由间世兴,王玉江和张智慧等撰写。第4章总结了激光再制造沉积材料和基体材料体系,并重点介绍了钢铁、铝合金和钛合金零件激光再制造成形层的组织和缺陷特征,由王玉江、间世兴和方金祥等撰写。第5章阐述了金属零件激光再制造成形规律、形状预测、成形形状控制及精度控制等方面的理论和技术方法,由董世运、王志坚和任维彬撰写。第6章结合应用实例,阑述了激光再制造零件质量无损评价技术方法,主要由徐滨士、刘彬、石常亮和朱学耕等撰写。第7章主要结合装备金属零件激光再制造实例,介绍激光再制造技术在钢铁治金、石油化工、飞机舰船、重载车辆等不同工业领域的实践应用,并展望激光再制造技术的应用发展前景,主要由徐滨士、董世运和王玉江等撰写。全书由徐滨士、董世运和闫世兴统稿。
本书反映的研究工作得到了国家自然科学基金项目、国家973项目等国家项目以及原总装备部预研项目、装备维修改革与科研项目等军队大量科研项目的资助,同时得到了多家工厂企业和科研院校合作单位的大力支持。在此,向相关单位和个人的热情帮助和支持表示衷心感谢,并向书中参考文献的作者致以敬意。
装备再制造属于战略性新兴产业,激光再制造作为先进再制造技术,其相关技术理论、技术方法和工业应用发展迅速,限于编著人员水平,书中不当之处,恳请读者指正并提出宝贵意见。
作者
2015年10月

内容索引:

第1章
绪论
1.1再制造基本概念、特点与技术体系001
1.1.1再制造的概念与特点…001
1.1.2再制造成形技术体系…003
1.2再制造创新发展及其产业化现状007
1.3材料激光加工技术现状010
1.4激光再制造技术特点及其分类011
1.5激光再制造技术的发展014
1.6激光再制造技术的意义015
参考文献…017
第2章激光再制造技术基础
2.1激光与材料相互作用规律020
2.1.1材料对激光的吸收规律…021
2.1.2影响激光能量吸收的因素…023
2.1.3激光与金属粉末作用规律…024
2.2激光再制造成形中的冶金规律…032
2.2.1合金元素对熔覆层治金性能的影响…032
2.2.2激光再制造成形快速凝固机理…035
2.2.3激光再制造成形中的成分分布…036
2.3激光再制造的材料匹配性…041
参考文献…042
第3章激光再制造技术体系
3.1激光再制造成形设备044
3.1.1激光再制造成套系统…044
3.1.2激光再制造成形硬件系统…048

3.1.3激光再制造成形软件系统…052
3.2激光再制造技术方案设计…059
3.2.1激光再制造专用材料方案设计…059
3.2.2激光再制造工艺方案设计…061
3.3激光再制造流程066
3.3.1损伤零件清洗…067
3.3.2损伤零件失效分析与缺陷检测…069
3.3.3失效零件再制造前处理…073
3.3.4失效零件激光再制造成形…073
3.3.5再制造成形毛坯件后处理…077
3.3.6再制造成形毛坯件可靠性评估…078
3.3.7再制造成形毛坯件效益评估…079
参考文献…080
第4章激光再制造材料及其成形组织与缺陷特征
4.1激光再制造材料体系…081
4.1.1自馆剂合金粉末…081
4.1.2陶瓷粉末…083
4.1.3复合粉末…084
4.1.4其他金属体系…085
4.2钢铁激光再制造成形组织及缺陷特征086
4.2.1单道成形组织…087
4.2.2薄壁成形组织…096
4.2.3多层堆积成形组织…100
4.2.4钢铁激光再制造成形结构缺陷特征…107
4.3铝合金激光再制造成形组织及缺陷特征122
4.3.1铝合金激光再制造意义…122
4.32铝合金激光再制造难点、常见缺陷及解决措施…124
4.3.3铝合金激光再制造材料体系…126
4.3.4铝合金激光再制造实例…129
4.4钛合金激光再制造成形组织及缺陷特征133
4.4.1钛及钛合金简介…133
4.4.2钛合金零件的激光再制造…135
4.4.3钛合金件激光再制造的组织特点…136
4.4.4钛合金激光再制造存在的问题…138

参考文献…139
第5章激光再制造成形控制
5.1激光再制造成形规律及其形状特征……144
5.1.1再制造零件成形规律…144
5.12再制造成形结构尺寸及尺寸不均匀特征…148
5.2激光再制造成形的形状预测…154
5.2.1激光成形过程的闭环控制…154
5.2.2激光成形结构尺寸控制的关键…156
5.2.3成形结构尺寸预测模型…157
5.2.4模型理论预测精度分析…165
5.3激光再制造成形金属结构的精度控制…168
5.3.1精度控制总体原则…168
5.3.2表面馆覆再制造成形精度控制…173
5.3.3薄壁再制造成形精度控制…177
5.3.4立体再制造成形精度控制…181
5.4典型结构的激光再制造成形形状控制183
5.4.1磨损失效凸轮轴控形再制造…184
5.4.2气门挺柱圆筒激光再制造成形…190
5.4.3低载直齿轮断齿控形再制造…192
5.4.4开裂肋板控形再制造…194
参考文献196
第6章激光再制造零件质量无损评价
6.1再制造零件无损检测评价技术体系概况…197
6.2激光再制造零件无损评价技术特征198
6.2.1超声波检测无损评价技术…198
6.2.2磁记忆检测无损评价技术…201
6.2.3涡流无损评价技术…203
6.2.4X射线无损评价技术…205
6.2.5其他无损评价技术…207
6.3激光再制造零件质量无损评价207
6.3.1馆覆层组织分析……207
6.3.2熔覆层近表层缺陷的检测…209

6.3.3熔覆层内部缺陷的检测…211
6.3.4熔覆层与基体结合界面缺陷的检测…214
6.3.5熔覆层缺陷信号的识别…216
6.3.6激光再制造熔覆层应力损伤的无损检测评估方法…217
参考文献……228
第7章激光再制造在工业中的应用
7.1在钢铁冶金行业中的应用230
7.2在石油化工行业中的应用235
7.3在船舶行业中的应用237
7.4在矿山机械行业中的应用239
7.5在燃煤发电行业中的应用…241
7.6在装备备件伴随保障中的应用242
7.7存在的问题与应用前景245
参考文献…248

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