激光熔覆技术在船舶修造中的应用研究

        激光熔覆技术在船舶修造中的应用研究

纪颖

          天津修船技术研究所 300450 天津

摘要：随着全球海洋经济的持续发展和船舶运输的日益繁忙，船舶的维修与改造工作显得愈发重要。激光熔覆技术以其高精度、高效率、低污染等优势，在船舶修造领域展现出巨大的应用潜力。本文对激光熔覆技术的原理及特点进行分析，并深入探讨了其在船舶修造中的实际应用，旨在为提高船舶维修质量、延长船舶使用寿命提供新的解决思路和技术支持。

关键词：激光熔覆技术；船舶修造；表面改性；高精度修复

引言：随着船舶工业的快速发展，船舶的维修与改造工作日益频繁。传统的船舶维修方法往往存在修复周期长、修复质量不稳定、对环境污染严重等问题，已难以满足现代船舶维修的需求。激光熔覆技术作为一种新型的表面处理技术，以其独特的优势成为船舶修造领域的研究热点。但目前激光熔覆技术在船舶修造中的应用尚存在诸多挑战和问题。因此，深入研究激光熔覆技术在船舶修造中的应用，对于推动船舶维修技术的革新和发展而言意义非凡。

一、激光熔覆技术原理及特点

（一）激光熔覆技术的工作原理

激光熔覆技术在船舶修造的工作原理是运用激光束的高能量密度，在被熔覆的船舶零部件或结构件表面上迅速加热，并将选定的熔覆材料（通常为金属或合金粉末）同时熔化。在该过程中，激光束的精确控制和熔覆材料的精确供给是关键。熔化的熔覆材料和基体材料在激光束的作用下混合并快速凝固，进而在基体表面形成一层冶金结合的表面熔覆层。

（二）激光熔覆技术的特点

激光熔覆技术作为一种先进的表面处理技术，在船舶修造中展现出了其独特且显著的特点。首先，激光熔覆技术能够实现低稀释度的熔覆层，同时保证与基体材料形成强力的冶金结合，可以确保熔覆层的稳定性和可靠性，显著提高船舶零部件的耐磨、耐蚀、耐热等性能，进而延长船舶的使用寿命[1]。其次，激光束的高能量密度使得熔覆材料和基体材料能够在短时间内迅速达到熔化状态，并在激光束撤离后迅速冷却凝固。在该过程中，熔覆层材料的晶粒细化，减少微观裂纹和气孔的产生，进一步提高熔覆层的质量。快速凝固还有助于形成非晶态结构，为熔覆层带来更加优异的性能。再者，激光束的聚焦性和能量集中性使得激光熔覆过程对基体材料的热影响区域小，热输入量低，进而减少基体材料的变形和畸变。此外，激光熔覆技术还具有粉末选择广泛、熔覆层厚度可调等特点。不同的熔覆材料可以根据具体需求进行选择，如镍基、钴基、铁基等合金粉末，以及陶瓷材料等。同时，调整激光束的参数和熔覆材料的供给，可以实现控制熔覆层的厚度和形状，以满足不同的修复和增强需求。最后，相比传统的焊接和喷涂技术，激光熔覆过程中无需使用化学溶剂和添加剂，因此不会产生有害废气和废渣。

二、激光熔覆技术在船舶修造中的应用

（一）船体表面修复

传统的船体表面修复方法，如焊接或喷涂，往往存在修复效果不佳、修复周期长、对基材热影响大等问题。而激光熔覆技术以其独特的优势，为船体表面修复提供了一种新的解决方案。在船体表面修复中，激光熔覆技术可以精确地熔化并添加熔覆材料至受损区域，形成一层与基体材料冶金结合的修复层。在该过程中，激光束的高能量密度和精确控制能够确保修复层与基体之间的紧密连接，同时减少对周围基材的热影响[2]。此外，激光熔覆技术还可以快速凝固修复层，有效避免传统方法中可能出现的裂纹、气孔等缺陷，提高修复质量。在船体表面修复的具体应用中，激光熔覆技术可以针对不同类型的损伤进行修复。例如，对于船体钢板上的局部腐蚀坑，可以使用激光熔覆技术在腐蚀坑处添加熔覆材料，形成一层具有优异耐蚀性的修复层；对于船体上的划痕或磨损区域，激光熔覆技术同样可以运用添加熔覆材料来恢复其原始形状和性能。

（二）船体表面涂层制备

利用高能激光束的精确控制，激光熔覆技术能够在船体表面形成一层具有特定性能和功能的涂层。该涂层不仅能够有效抵御海洋环境的侵蚀，提高船舶的耐腐蚀性，还能增强船体的耐磨性和其他关键性能，进而延长船舶的使用寿命。在涂层制备过程中，激光熔覆技术能够实现高精度、高质量的涂层制备，确保涂层的均匀性和一致性。同时，激光熔覆技术还适用于各种金属、合金、陶瓷等材料的涂层制备，可以根据船体的具体需求和海洋环境的特点选择合适的涂层材料。此外，相比传统的涂层制备方法，它无需使用化学溶剂和添加剂，可以显著减少对环境的污染，其高效能量转换也能降低能源消耗。

（三）船用部件制造与修复

在船用部件的制造过程中，激光熔覆技术以其高精度、高质量的特点，为船舶行业带来了前所未有的制造优势。该技术能够精确控制熔覆层的形状，确保部件的尺寸精度和几何形状符合设计要求。同时，激光熔覆技术还能实现快速冷却和凝固，使得制造出的部件具有优异的机械性能和微观结构。此外，激光熔覆技术还广泛适用于各种金属材料，如钢、不锈钢、合金等，能够满足不同部件对材料性能的需求。在船用部件的修复方面，激光熔覆技术能够实现高效、高质量的修复效果，快速恢复受损部件的性能。激光束的精确控制能够使船用部件修复过程精确到微米级别，保证修复区域的平整度和光滑度。其还能实现冶金结合，使修复层与基体材料之间形成牢固的连接，避免传统修复方法中可能出现的脱落和开裂问题。

（四）船舶内部结构的增材制造与修复

激光熔覆技术作为一种先进的增材制造技术，在船舶内部结构制造中，激光束将熔覆材料逐层熔化并凝固在基材上，能够精确控制材料的添加位置和数量，实现复杂内部结构的快速、高精度制造。该技术不仅能够提高制造效率，降低生产成本，进而保证产品的质量和性能。在船舶内部结构中，激光熔覆技术可以应用于各种金属部件的制造，如管道、支架、舱壁等。与传统的减材制造技术相比，激光熔覆技术能够减少材料的浪费，提高材料的利用率[3]。同时，由于激光熔覆技术能够实现冶金结合，因此制造出的部件具有更好的力学性能和耐腐蚀性。此外，在船舶运营过程中，内部结构可能会因腐蚀、磨损或碰撞等原因而受损。激光熔覆技术能够快速、准确地修复受损部位，恢复其原有的功能和性能。在修复过程中，该技术可以精确地控制熔覆层的厚度，确保修复区域与周围基材的平滑过渡。

结束语：

综上所述，激光熔覆技术在船舶修造领域的应用研究展现出了显著的优势和潜力。该技术不仅能够在船用部件的制造过程中实现高精度、高质量的生产，还能够高效、高质量地修复受损部件，显著延长船舶的使用寿命。激光熔覆技术广泛适用于各种金属材料，且能够显著提升部件的性能，为船舶行业带来了前所未有的制造与修复能力。此外，该技术还具备环保节能的特点，符合现代制造业绿色、可持续发展的要求。未来，随着激光熔覆技术的不断发展和完善，相信其在船舶修造领域的应用将更加广泛，为船舶行业的进步作出更大的贡献。

参考文献：

[1]王浩,简思捷,李洁,等.激光熔覆技术在船舶修造中的应用研究进展[J].金属加工(热加工),2023,(12):11-19.

[2]邬彬.激光熔覆技术修复局部腐蚀钢板后修复件及316L不锈钢熔覆层的力学性能研究[D].华南理工大学,2022.

[3]顾彩香,顾昊文,李文戈,等.激光熔覆技术在船舶工程中的研究状况[J].船舶工程,2019,41(01):74-78.