激光熔覆技术是一种先进的表面改性与修复技术。

谢小青¹ 陈巨荣²

1 上海电气凯士比核电泵阀有限公司

2 东洋工程（上海）有限公司

离心泵作为工业流体输送系统的核心设备，广泛应用于石油化工、水处理、电力、矿山等领域。其主要零件（叶轮、泵轴、泵壳等）长期处于介质冲刷、腐蚀、汽蚀及机械磨损工况，易出现表面磨损、点蚀、裂纹等失效，不仅缩短设备使用寿命，还可能引发介质泄漏、效率下降、停机检修等隐患，显著增加运维成本。激光熔覆技术作为一种先进的表面改性与修复技术，凭借其涂层与基体结合牢固、热影响区小、工艺可控性强等优势，已成为离心泵重要零件修复与性能提升的关键技术，有效解决了传统修复工艺的诸多局限，推动离心泵运维向高效、节能、长效方向发展。

图1：激光熔覆技术

一、激光熔覆技术核心概述

1.1 技术定义与核心原理

激光熔覆技术（Laser Cladding，又称激光包覆、激光熔敷），是将选定的涂层材料置于基体表面，通过高能激光束辐照，使涂层与基体表面薄层同时熔化并快速凝固，形成稀释度低、与基体冶金结合的表面涂层的先进工艺。其核心原理是利用激光的高能量密度特性，实现涂层与基体精准熔合，既弥补基体表面性能的不足，又不破坏其力学性能，最终实现表面改性（提升耐磨、耐蚀、耐热等性能）或破损零件修复，兼顾基材心部的韧性与表面的高性能需求。

与传统的堆焊、喷涂、电镀和气相沉积等表面处理技术相比，其主要优势在于“精准可控、结合牢固”，可在廉价金属基材上制备高性能合金表面，兼具经济性与实用性，是高效的表面改性与再制造技术。

1.2 主要工艺类型与流程

根据熔覆材料的供给方式，激光熔覆技术主要分为两大类，适配不同离心泵零件修复场景：

1）预置式激光熔覆：将熔覆材料（多为粉末，也可采用丝材、板材）预先置于待熔覆部位，再用激光辐照熔化，流程为：基体预处理（除油、除锈、打磨）→ 预置熔覆材料 → 预热（减少应力）→ 激光熔化（控制能量参数）→ 后热处理（消除残余应力）→ 精整加工（确保尺寸精度）。适合局部小面积修复（如叶轮叶片点蚀、泵轴局部磨损），操作灵活，成本较低。

2）同步式激光熔覆：将熔覆材料（主要为粉末）直接送入激光作用区域，供料与熔覆同步完成，流程为：基体预处理 → 同步送料与激光熔化 → 后热处理 → 精整加工。自动化程度高，熔覆层厚度均匀，适合大面积表面改性（如泵壳内表面、叶轮整体强化），效率与稳定性突出。

1.3 核心工艺特点与优缺点

1）核心优点

● 结合强度高：熔覆层与基体冶金结合，结合强度不低于原基体材料的95%，可承受离心泵运行中的机械冲击与介质冲刷，不易脱落；

● 热影响区小：激光能量集中、热输入低，可避免泵轴、叶轮等高精度部件变形、开裂；

● 材料适配广：可选用镍基、钴基、铁基合金等多种材料，可根据介质特性与工况定制涂层性能，兼顾耐磨、耐蚀、抗汽蚀需求；

● 工艺可控强：可通过调整激光功率、扫描速度等参数，精准控制熔覆层厚度与质量，易实现自动化控制；

● 经济性突出：可精准修复局部损伤部件，无需整体更换，大幅降低备件与停机成本，符合绿色再制造理念。

2）局限性

● 设备成本高：高功率激光器等设备购置、维护费用昂贵，限制中小企业规模化应用；

● 工艺控制严：参数匹配要求高、工艺窗口窄，需专业人员操作调试，否则易出现质量缺陷；

● 应用有局限：热敏感材料、大型复杂部件的工艺优化难度大，应用范围受限。

二、激光熔覆技术在离心泵上的应用

离心泵的失效主要集中在叶轮、泵轴、泵壳三大核心零件及密封环、轴套等易损件，失效形式以磨损、腐蚀、汽蚀为主。激光熔覆技术可针对不同零件的失效特点，定制熔覆方案，实现修复与性能提升，具体如下：

2.1 在离心泵叶轮上的应用（最主要应用场景）

叶轮作为离心泵“心脏”，长期高速旋转并承受介质冲刷、汽蚀、腐蚀，易出现叶片磨损、点蚀、裂纹等失效。激光熔覆是其最优修复与强化方案：

1）失效叶轮修复：对失效部位预处理后，根据介质特性选用适配熔覆材料，通过对应工艺填充熔覆，精准恢复叶轮尺寸与形状，同时提升耐磨、耐蚀、抗汽蚀性能。例如，某化工厂叶轮因介质腐蚀点蚀，经镍基合金激光熔覆修复后，寿命较传统堆焊延长3倍以上，运行稳定性显著提升。

图2：激光熔覆在叶轮上的应用

2）新叶轮表面强化：在叶片、进出口边缘等易损部位熔覆高性能涂层，预防早期失效，延长初始使用寿命，适配恶劣工况。

核心优势：修复成本仅为新叶轮的30%~50%，性能更优；热影响区小，保证叶轮动平衡精度，避免泵组振动、噪声。

2.2 在离心泵轴上的应用

泵轴作为传力部件，轴颈等配合部位易出现磨损、腐蚀、拉伤，导致偏心、密封失效。激光熔覆应用体现在：

1）磨损泵轴修复：车削去除磨损层后，选用匹配熔覆材料同步熔覆，经精车抛光，恢复原始尺寸与光洁度，解决定制、停产泵轴备件难题，降低运维成本。

图3：激光熔覆在泵轴上的应用

2）泵轴表面强化：在轴颈、密封部位熔覆耐磨耐蚀涂层，提升表面硬度与密封可靠性，减少磨损与介质泄漏。例如，某石化企业泵轴经耐腐蚀合金熔覆修复后，费用较换新轴降低40%，停机时间大幅缩短。

核心优势：修复精度高，避免传统堆焊的变形、裂纹问题；熔覆层结合牢固，可承受运行扭矩与机械应力，可靠性强。

2.3 在离心泵壳体上的应用

泵壳内壁长期受介质冲刷腐蚀，易出现磨损、沟槽，导致容积效率下降、泄漏风险增加。激光熔覆以表面强化为主、局部修复为辅：

1）内壁强化：采用同步熔覆工艺，在新泵壳或轻微磨损泵壳内壁熔覆耐磨耐蚀涂层，提升抗冲刷腐蚀能力，降低流体阻力、提升泵效；

2）局部修复：对冲刷沟槽、点蚀等缺陷精准填充修复，恢复内壁平整度与密封性；大型泵壳可现场修复，缩短停机时间。

2.4 在其它易损件上的应用

激光熔覆可修复强化密封环、轴套、叶轮口环等易损件：

1）密封环、轴套：提升表面硬度与耐磨耐蚀性，延长寿命、降低更换频率，减少介质泄漏；

2）叶轮口环：精准恢复尺寸精度，保证叶轮与泵壳合理间隙，提升容积效率，增强抗磨损能力。

图4：激光熔覆技术在离心泵上的应用

三、激光熔覆技术在应用中的工艺要点

为确保应用效果，杜绝熔覆层脱落、裂纹等隐患，需重点控制以下要点：

1）基体预处理：严格除油、除锈、打磨，去除氧化皮与疲劳层；有裂纹部件需先检测并彻底清除裂纹及周边疲劳组织，再进行熔覆。

2）熔覆材料选择：根据工况与失效形式选型，确保涂层性能与工况精准匹配（如含砂介质选耐磨材料，腐蚀性介质选耐蚀合金）。

3）工艺参数优化：通过试验优化激光功率、扫描速度等核心参数，保证熔覆层结合牢固、组织致密，适配部件精度要求（如叶轮动平衡、泵轴配合精度）。

4）后热处理：熔覆后进行退火、回火处理，有效消除残余应力，提升熔覆层韧性与结合强度，避免开裂脱落。

5）质量检测：完成后进行外观、尺寸、硬度及无损检测，确保无缺陷、性能达标，方可投入使用。

四、应用价值与发展趋势

4.1 应用价值

激光熔覆技术打破传统修复局限，为离心泵运维提供高效经济方案，核心价值：

1）延长寿命：提升部件耐磨耐蚀抗汽蚀性能，延长使用寿命2~5倍，降低更换频率与备件成本；

2）降低成本：修复成本为换新的30%~60%，可现场修复，缩短停机损失，提升运维效率；

3）提升稳定性：修复部件精度高、性能稳定，保障离心泵长期稳定运行，提升生产连续性与安全性；

4）绿色环保：修复破损部件，节约金属资源、减少浪费，契合绿色再制造理念。

4.2 发展趋势

随着激光与自动化技术发展，其应用将向以下方向推进：

1）自动化智能化：结合机器人、数控技术，实现批量修复与精准控制，提升效率与质量稳定性；

2）材料多元化：研发纳米复合、梯度熔覆材料，精准定制涂层性能，适配高温高压强腐蚀等复杂工况；

3）工艺精细化：通过数值模拟优化参数，突破热敏感、复杂结构部件应用局限；

4）一体化运维：结合状态监测、故障诊断技术，实现“监测-诊断-修复”一体化，推动运维向预防性转型。

五、结语

激光熔覆技术凭借结合强度高、热影响区小等优势，在离心泵核心部件修复与强化中发挥不可替代作用，可有效恢复部件性能、提升耐用性、降低运维成本，为流体输送系统高效安全运行提供技术支撑。随着技术进步，其设备成本将逐步降低，应用将更广泛深入，成为离心泵运维核心技术，推动工业设备运维向高效化、绿色化、智能化发展。