Công nghệ tái sản xuất của Trung Quốc hỗ trợ chuyển đổi công nghiệp xanh như thế nào

Nguyên tắc kỹ thuật và lợi thế so sánh

 

Nền tảng kỹ thuật của quá trình tái sản xuất bằng laze là lớp phủ laze, tạo thành một lớp liên kết luyện kim trên bề mặt nền bằng cách sử dụng chùm tia laze năng lượng cao-để làm nóng chảy vật liệu phủ. Công nghệ này mang lại những lợi thế đáng kể so với các phương pháp sửa chữa truyền thống: vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ-giảm thiểu biến dạng phôi; tỷ lệ pha loãng thấp của lớp ốp với khả năng kiểm soát chính xác; cấu trúc vi mô dày đặc của lớp ốp với ít khuyết tật vi mô; và cường độ liên kết luyện kim cao với chất nền. Các vật liệu thường được sử dụng trong quá trình tái sản xuất bằng laser bao gồm bột hợp kim dựa trên Co-Cr, Ni-Cr và Fe-Cr và vật liệu gốm có thể được thêm vào để tạo thành lớp phủ gốm-kim loại. So với các công nghệ truyền thống như phun nhiệt, lớp sửa chữa bằng laser-tạo thành liên kết luyện kim với nền, tạo ra cấu trúc bên trong đồng nhất và mịn giúp loại bỏ các khuyết tật như lỗ rỗ, vết nứt và tạp chất xỉ, trong khi lớp phủ phun nhiệt được liên kết cơ học và chứa nhiều lỗ rỗng.

Lịch sử phát triển và mở rộng ứng dụng

 

Công nghệ tái sản xuất bằng laser có nguồn gốc từ những năm 1970. Năm 1974, nhà nghiên cứu người Mỹ Gnanamuthu lần đầu tiên tạo ra lớp phủ laser trên nền kim loại. Năm 1981, công ty Rolls{5}}Royce của Anh đã áp dụng công nghệ phủ laze để sửa chữa các cánh động cơ aero{6}}, đánh dấu sự bước vào giai đoạn ứng dụng công nghiệp của công ty. Kể từ khi cải cách và mở cửa, sự ra đời của thiết bị-cao cấp của nước ngoài và nhu cầu sửa chữa cho các dự án kỹ thuật lớn đã tạo cơ hội cho sự phát triển công nghệ tái sản xuất bằng laser ở Trung Quốc. Trong những năm gần đây, phạm vi ứng dụng công nghệ tái sản xuất bằng laser ở Trung Quốc đã mở rộng từ hàng không và quốc phòng sang hơn 10 ngành công nghiệp bao gồm máy khai thác mỏ, năng lượng năng lượng và thiết bị luyện kim. Gần 300 doanh nghiệp tái sản xuất laser đã được thành lập tại Trung Quốc, hình thành mô hình phát triển hợp tác giữa các trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghiệp, thúc đẩy sự phát triển nhảy vọt của công nghệ này từ trọng tâm nghiên cứu sang ứng dụng công nghiệp.

Những đột phá và đổi mới công nghệ quan trọng

 

Thiết bị tái sản xuất laser đã trải qua quá trình phát triển công nghệ từ laser CO2 đến laser sợi quang và laser bán dẫn. Thiết bị laser mới mang lại tính linh hoạt cao hơn và đặc tính bước sóng ngắn hơn, hứa hẹn triển vọng ứng dụng rộng hơn. Tái tạo bằng laser-trường{4}}được hỗ trợ năng lượng đã trở thành một phương tiện quan trọng để tái sản xuất-chất lượng cao. Bằng cách đưa vào các trường năng lượng bên ngoài như trường điện từ, trường gia nhiệt cảm ứng và rung siêu âm, nó có thể điều chỉnh hiệu quả dòng chảy của bể nóng chảy, ngăn chặn lỗ chân lông và kiểm soát cấu trúc vi mô. Để đáp ứng-nhu cầu tái sản xuất tại chỗ, các nhà nghiên cứu đã vượt qua-công nghệ ốp laze góc đầy đủ, đạt được khả năng sửa chữa bằng laze ở các góc nghiêng khác nhau. Tuy nhiên, hoạt động tái sản xuất bằng laser vẫn phải đối mặt với những thách thức như sự hạn chế về chủng loại vật liệu chuyên dụng và sự phụ thuộc vào việc nhập khẩu các thiết bị và linh kiện cốt lõi, những điều này hạn chế sự phát triển công nghiệp hơn nữa.

Ứng dụng công nghiệp và lợi ích kinh tế

 

Trong ngành công nghiệp máy móc khai thác mỏ, công nghệ tái sản xuất bằng laser được sử dụng để sửa chữa các bộ phận chính như trục chính của máy nghiền và cột đỡ thủy lực. Tuổi thọ của trục chính được sửa chữa có thể tăng lên 2-3 lần. Trong ngành thép, công nghệ được ứng dụng để sửa chữa con lăn. Hiệu suất của các con lăn được sửa chữa được cải thiện nhiều lần so với các quy trình truyền thống, với giá chỉ bằng một phần ba giá của một con lăn mới. Trong ngành hóa dầu và điện, tái sản xuất bằng laser được sử dụng để sửa chữa các thiết bị quan trọng như tua bin khí và tua bin hơi nước, chi phí thiết bị mới chỉ tốn dưới 10%. Theo thống kê, khối lượng cột đỡ thủy lực bị loại bỏ hàng năm ở Trung Quốc vào khoảng 450.000 tấn. Sử dụng công nghệ tái sản xuất tấm ốp bằng laser có thể tiết kiệm 190.000 tấn than tiêu chuẩn hàng năm và giảm đáng kể ô nhiễm khí quyển. Công nghệ này có thể tiết kiệm 40% chi phí, 60% năng lượng, 70% vật liệu và giảm 80% lượng khí thải, mang lại lợi ích đáng kể về kinh tế và môi trường.

Linh kiện thiết bị laze

 

Máy Laser sợi quang

Đầu ốp laze

Bộ nạp bột

Đầu làm cứng bằng laser

Những thách thức và xu hướng tương lai

Sự phát triển của công nghệ tái sản xuất bằng laser phải đối mặt với bốn thách thức chính: số lượng vật liệu chuyên dụng hạn chế và thiếu vật liệu sửa chữa hiệu suất cao-; phụ thuộc vào nhập khẩu các thiết bị và linh kiện cốt lõi; sự công nhận của ngành không đầy đủ; và một hệ thống tiêu chuẩn không đầy đủ. Trong tương lai, công nghệ sẽ phát triển theo hướng trí tuệ và tự động hóa. Trí tuệ nhân tạo và công nghệ học máy sẽ được sử dụng để tối ưu hóa các thông số sản xuất và đạt được khả năng kiểm soát chất lượng-theo thời gian thực. -Tái sản xuất tại chỗ là một xu hướng quan trọng khác, với thiết bị laser phát triển theo hướng thu nhỏ và tích hợp. Đến năm 2035, mục tiêu phát triển của ngành tái sản xuất laser của Trung Quốc là sự trưởng thành của công nghệ thông minh và quy mô công nghiệp đạt 50 tỷ nhân dân tệ. Về lâu dài, hoạt động tái sản xuất bằng laser sẽ hỗ trợ các hệ thống dịch vụ phân tán, đạt được ứng dụng rộng rãi trong{10}}sản xuất thiết bị cao cấp và cung cấp hỗ trợ kỹ thuật cốt lõi cho nền kinh tế tuần hoàn.