激光熔覆不同于激光焊接，激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源，使工件熔化，形成特定的熔池，激光熔覆則是通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成與其為冶金結(jié)合的添料熔覆層，如下圖。

激光焊接（左）與激光熔覆（右）原理示意圖

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    激光熔覆可以達(dá)到表面改性或修復(fù)的效果，因此在工業(yè)、能源、軍工、機(jī)械相關(guān)制造廠以及再制造等領(lǐng)域，可以有效延長生產(chǎn)設(shè)備的使用壽命。

激光熔覆技術(shù)作為局部表面處理的新型方法，經(jīng)歷數(shù)十年的發(fā)展，已逐步從實驗室進(jìn)入到實際工業(yè)應(yīng)用中，如煤礦設(shè)備修復(fù)、核電行業(yè)的電機(jī)轉(zhuǎn)子、軸瓦、軸承，船舶船尾的主軸、尾軸修復(fù)等，并在冶金行業(yè)、煤機(jī)行業(yè)、石油化工行業(yè)、交通運(yùn)輸行業(yè)、核電行業(yè)等得到了廣泛的應(yīng)用。

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    經(jīng)過十幾年的發(fā)展，隨著激光熔覆技術(shù)在中國的市場不斷增長，下游行業(yè)對激光熔覆的關(guān)注度不斷提高，在工業(yè)制造領(lǐng)域新老技術(shù)升級迭代的今天，激光熔覆目前有幾大發(fā)展方向：

1）高功率：目前激光熔覆技術(shù)還處于3000-6000 W的批量生產(chǎn)階段，能夠滿足現(xiàn)階段激光熔覆生產(chǎn)需求，但隨著萬瓦激光器的研發(fā)、推廣和普及，高功率勢必能夠顯著提高激光熔覆的效率，因此激光熔覆市場未來可向12000 W等高功率方向進(jìn)行批量生產(chǎn)發(fā)展。    

2）自動化、智能化：隨著自動化發(fā)展進(jìn)程，激光加工系統(tǒng)與計算機(jī)數(shù)控技術(shù)相結(jié)合可構(gòu)成高效自動化加工設(shè)備，為優(yōu)質(zhì)、高效和低成本的加工生產(chǎn)開辟了廣闊的前景。熔覆技術(shù)的自動化，應(yīng)當(dāng)將激光光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計和大功率激光器的開發(fā)結(jié)合起來，從而實現(xiàn)對激光熔覆設(shè)備的改進(jìn)，實現(xiàn)大面積熔覆技術(shù)，提高激光熔覆的效率。

3）便攜式：便攜移動式激光熔覆原位修復(fù)技術(shù)逐漸得到發(fā)展與應(yīng)用，其關(guān)鍵技術(shù)主要包括高功率、小型化、智能化、便攜式的熔覆成套裝備，例如在第15屆埃森焊接展中，寧波鐳速激光科技有限公司展示了行業(yè)首款手持式激光熔覆設(shè)備，可以更便攜地進(jìn)行激光熔覆，性價比相對傳統(tǒng)激光熔覆設(shè)備較高。

4）超高速：電鍍變激光熔覆，就可以減少污染，對于激光修復(fù)市場來說，目前高速激光熔覆作為一項代替電鍍新型技術(shù)，它的效率比傳統(tǒng)激光熔覆提高10-20倍，市場前景較大。超高速激光熔覆技術(shù)可以說是增材技術(shù)發(fā)展歷程中的革命性的一步，它解決了制約傳統(tǒng)熔覆技術(shù)大規(guī)模推廣的最大瓶頸——效率問題，從而也帶來了成本的大幅度降低，未來將會極大刺激金屬3D打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

激光熔覆面臨挑戰(zhàn)

    激光熔覆技術(shù)是可以在廉價基體上制備出優(yōu)異性能合金的一種高經(jīng)濟(jì)效益技術(shù)，既可以降低成本，又能節(jié)約稀有材料。目前我國激光熔覆技術(shù)已取得了階段性的研究成果，但仍處于激光熔覆工業(yè)化應(yīng)用的起步階段，還需面臨各種問題的挑戰(zhàn)。

1）激光熔覆材料體系有待構(gòu)建

目前激光熔覆缺少專用的材料體系，對激光熔覆層的質(zhì)量評價，目前還未有完整統(tǒng)一的評價指標(biāo)，只有開發(fā)出新的激光熔覆技術(shù)專用材料體系，完善熔覆層的評價和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，才能真正意義上實現(xiàn)激光熔覆技術(shù)的推廣應(yīng)用，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。

2）成本問題仍需重視

雖然激光熔覆技術(shù)粉末成本相對較低廉，但是激光熔覆的實際成本問題卻一直是企業(yè)的困擾。大部分的激光加工企業(yè)對單件產(chǎn)品加工成本高的激光熔覆技術(shù)不能立即接受，并且對激光熔覆產(chǎn)品持有性能方面的懷疑，這極大制約了激光熔覆技術(shù)的發(fā)展。雖然激光熔覆有著眾多優(yōu)勢，前景一片光明，但同時這也注定其發(fā)展道路的曲折，還有很長的路要走。

3）應(yīng)用水平/規(guī)模有待適應(yīng)市場需求

激光熔覆技術(shù)的理論、應(yīng)用基礎(chǔ)研究目前較多地集中于材料科學(xué)和工程方向。但該技術(shù)作為典型的制造工藝技術(shù)，其結(jié)合工程對象的應(yīng)用基礎(chǔ)研究相對薄弱，例如：在大面積的激光熔覆中，熔覆層易出現(xiàn)裂紋，這仍然是很棘手的問題。由于“高溫、快冷”的工藝特性，造成熔覆層的應(yīng)力集中、開裂傾向大，已嚴(yán)重影響了激光熔覆技術(shù)的工程化應(yīng)用，如果要徹底解決裂紋的開裂問題，還需要從更微觀的角度入手，分析裂紋的形成機(jī)理。

目前激光熔覆的應(yīng)用水平和規(guī)模暫時還不能適應(yīng)市場的需求，產(chǎn)、學(xué)、研脫節(jié)，這也是影響激光熔覆工程應(yīng)用效果的主要原因。

小結(jié)

    目前我國激光熔覆技術(shù)雖還未達(dá)到市場需求，對實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用也還需要面臨各種各樣的挑戰(zhàn)，但不可否認(rèn)的是，我國激光熔覆技術(shù)也在迅速發(fā)展，從工件局部進(jìn)行制造或再制造到增材制造或3D打印工件，隨著國家對制造業(yè)的重視和2025年發(fā)展規(guī)劃，相信在不久的將來，激光熔覆將獲得更多更廣泛的應(yīng)用，進(jìn)而推動我國高端制造業(yè)不斷向前發(fā)展。

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封面來源：Lincoln Laser Solutions

文章轉(zhuǎn)自：光電匯OESHOW