内容简介
《水下局部干法激光增材再制造技术》聚焦于水下局部干法激光增材再制造技术在海洋工程装备、核电站等水下原位修复领域中的应用前景，为读者呈现该领域*新的科研成果与实践经验，详细阐述了水下局部干法激光增材再制造技术的原理、工艺流程以及复杂冶金机制。通过对水下作业环境的深入分析，《水下局部干法激光增材再制造技术》揭示了该技术在水下修复中的*特优势。同时，结合大量实验室修复案例，展示了水下局部干法激光增材再制造技术在提升海洋工程装备性能、延长服役寿命方面的显著效果。通过阅读《水下局部干法激光增材再制造技术》，读者不仅能够深入了解水下局部干法激光增材再制造技术的原理和应用场景，还能够掌握相关操作技能，为实际工程应用提供有力支持。
目录
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第1章 绪论 1
1.1 再制造工程的特征及内涵 2
1.2 水下原位修复背景与意义 4
1.3 水下原位修复技术体系 5
1.3.1 水下电弧焊接技术 5
1.3.2 水下激光填丝焊接技术 8
1.4 水下局部干法激光沉积再制造技术及系统组成 10
1.5 水下局部干法激光沉积再制造技术应用前景 14
1.5.1 技术研究层面 14
1.5.2 技术管理层面 14
1.5.3 技术应用层面 15
参考文献 15
第2章 水下压力环境对激光沉积熔池凝固影响机制研究 17
2.1 水下压力环境激光沉积实验 17
2.2 数学模型建立 18
2.2.1 外部因素对沉积轨迹轮廓的影响 18
2.2.2 外部因素对马兰戈尼对流的影响 20
2.2.3 外部因素对枝晶生长的影响 21
2.3 沉积轨迹轮廓演化 22
2.4 熔池动力学演化 25
2.5 枝晶生长演化 28
2.5.1 枝晶形貌 28
2.5.2 溶质分布 29
参考文献 33
第3章 水下激光沉积再制造钛合金 35
3.1 水下激光沉积再制造Ti-6Al-4V实验及温度历程分析 35
3.1.1 水下激光沉积再制造Ti-6Al-4V工艺实验 35
3.1.2 水下激光沉积再制造Ti-6Al-4V温度场建模 39
3.2 水下激光沉积再制造Ti-6Al-4V微观组织演变 44
3.2.1 水下激光沉积再制造Ti-6Al-4V微观组织表征 44
3.2.2 热循环过程对组织演化及元素扩散的影响 52
3.3 水下激光沉积再制造Ti-6Al-4V力学性能分析 56
3.3.1 水下激光沉积再制造Ti-6Al-4V力学性能表征 56
3.3.2 微观组织对力学性能的影响 59
3.4 水下激光沉积再制造Ti-6Al-4V疲劳特性 61
3.4.1 水下激光沉积再制造Ti-6Al-4V疲劳实验过程 61
3.4.2 水下激光沉积再制造Ti-6Al-4V疲劳行为分析 62
3.4.3 组织、缺陷及残余应力对短疲劳裂纹萌生和扩展的
影响机制 69
参考文献 76
第4章 水下激光沉积再制造低合金高强钢 81
4.1 水下激光沉积再制造HSLA-100组织演变及力学性能分析 81
4.1.1 水下激光沉积再制造HSLA-100工艺实验及温度历程分析 81
4.1.2 水下激光沉积再制造HSLA-100微观组织表征 87
4.1.3 水下激光沉积再制造热动力学过程对微观组织形成/演变的
影响机制 94
4.1.4 水下激光沉积再制 HSLA-100力学性能表征 97
4.1.5 微观组织演变和冶金缺陷对力学性能的影响 99
4.2 水下激光沉积再制造NV E690组织演变及力学性能分析 100
4.2.1 水下激光沉积再制造NV E690高强钢工艺实验 100
4.2.2 水下激光沉积再制造NV E690微观组织表征 100
4.2.3 水下环境对激光沉积再制造 NV E690 微观组织演变的影响 104
4.2.4 水下激光沉积再制造NV E690力学性能 110
4.2.5 微观组织对力学性能的影响 113
4.3 水下激光沉积再制造NV E690耐蚀性能提升策略 115
4.3.1 水下激光沉积再制造NV E690耐蚀涂层制备工艺实验 115
4.3.2 水下激光沉积再制造316L不锈钢耐蚀涂层微观组织分析 116
4.3.3 水下激光沉积再制造316L不锈钢耐蚀涂层宏观偏析机制 120
4.3.4 水下激光沉积再制造耐蚀涂层腐蚀性能评估 122
4.3.5 水下激光沉积再制造耐蚀涂层组织特征对腐蚀行为的影响 128
4.3.6 水下激光沉积再制造制备耐蚀涂层启示 131
参考文献 132
第5章 水下激光沉积再制造马氏体时效钢 138
5.1 水下激光沉积再制造18Ni300工艺实验 138
5.2 水下激光沉积再制造18Ni300微观组织演变 142
5.2.1 水下激光沉积再制造18Ni300微观组织表征 142
5.2.2 水下环境对微观组织演变的影响 145
5.3 水下激光沉积再制造18Ni300力学性能分析 147
5.3.1 水下激光沉积再制造18Ni300力学性能表征 147
5.3.2 微观组织对力学性能的影响 149
5.4 水下激光沉积再制造18Ni300冲蚀性能分析 150
5.4.1 冲蚀磨损实验设置 150
5.4.2 18Ni300修复试样冲蚀磨损行为及形貌分析 150
5.4.3 修复试样冲蚀磨损机制分析 153
参考文献 155
第6章 水下激光沉积再制造高氮钢 158
6.1 水下激光沉积再制造低氮HNS微观组织演变及力学性能分析 158
6.1.1 水下激光沉积再制造低氮HNS工艺实验 158
6.1.2 水下激光沉积再制造低氮HNS微观组织表征 159
6.1.3 水冷效应对碳化物析出的影响 164
6.1.4 水下激光沉积再制造低氮HNS力学性能表征 170
6.1.5 微观组织对低氮HNS力学性能的影响 171
6.2 水下激光沉积再制造高氮HNS微观组织演变及力学性能分析 172
6.2.1 水下激光沉积再制造高氮HNS工艺实验及孔隙缺陷分析 172
6.2.2 水下压力环境对熔池氮行为的影响 173
6.2.3 水下激光沉积再制造高氮HNS
试读
第1章绪论
随着陆地资源逐渐枯竭和环境要求越来越高，开发海洋和核电能源迅速发展，在能源消费结构中发挥重要作用，优先发展核电技术已被列入我国能源中长期发展战略。我国是一个负陆面海、陆海兼备的大国，提高海洋开发、控制和综合管理能力，事关经济社会长远发展和国家安全的大局[1]。经略海洋，装备先行。海洋装备几乎是所有海洋活动的基本支撑，如以海上风电、海上钻井平台为代表的海洋资源开发，以无人潜航器、水下机器人为代表的海底勘探和海洋安全维护。然而，我国海洋装备制造起步较晚，仍存在发展滞后、部分设备依赖进口等问题[2]。工欲善其事，必先利其器。发展高端海洋工程装备，努力拓展蓝色发展空间，打造海洋高质量发展战略要地，对加快海洋开发、保障战略运输安全、促进国民经济持续增长、维护国家海洋权益等方面具有重要意义，是建设“海洋强国”的必经之路。
海洋极端服役环境协同工作载荷极易造成海工装备损伤及结构破坏，如高盐、高湿协同海洋生物污损的强腐蚀环境易诱发金属溶解，形成孔洞、裂纹，*终导致结构失效；风浪侵袭、洋流冲刷和极端气候的流体动载荷易导致设备位移、疲劳损伤、连接件松动；深海环境的高静水压力易致使材料屈服、变形甚至断裂；海底沉积物冲刷协同泥沙磨损易造成装备表面损伤、腐蚀风险加剧、材料刚度和稳定性下降[3_5]。由此可见，海洋极端环境下海工装备损伤形式多样，危害极大。压水堆核电站核岛一回路主管道（内径约78.7cm）长期处于高温、高压、蒸汽高速冲刷以及酸性介质腐蚀的工况，并长期受到中子辐照，此外还要经受启停、振动以及温度和压力波动等条件的影响。这些因素极易引起管道出现晶间腐蚀、应力腐蚀、表面磨蚀及热老化引起的材料脆化等缺陷，对核电站安全运行构成严重威胁。若能及时发现并修复关键结构件的损伤，实现受损海工、核电装备再制造，
可显著延长其服役寿命，保障服役安全。
然而，大量水下在役海工装备，如海底管道、深水导管架、海底采油树、无人潜航器、核电站一回路管道、压力容器燃料棒等很难移出水面进行修复再制造，并且构件修复/更换成本高、周期长、难度极大。因此，实现水下现场高质量修复再制造的需求十分迫切。水下局部干法技术因其操作简便而被广泛应用，基于局部干法的电弧焊接和激光填丝焊接/熔覆是当前重点研究的两种修复方法。水下电弧焊接修复效率高、成本低[6]；水下激光填丝焊接/熔覆光束传输稳定，工艺过程可控，水下冶金性能良好[7]。近年来，海洋工程装备对水下修复提出了高强度、高可靠性、耐腐蚀、抗疲劳等性能要求，因此，仍需探索新型、稳定、高效的水下修复方式，以满足海洋工程复杂结构件的高质量修复要求。
同轴送粉式激光沉积再制造技术利用激光束快速加热和冷却的特点，在待修复件表面沉积同种或异种合金粉末，具有沉积组织致密、界面结合强度高、构件变形小和路径规划简单等优点，能显著修复/强化工件表面性能，大幅度延长装备服役寿命[8，9]。该技术广泛用于飞机起落架、航空发动机叶片、铁路轨道等关重件的修复再制造。因此，将该技术应用到水下环境进行原位修复，开发水下激光沉积再制造技术，可为海洋工程装备的高质量修复提供新的技术途径。
1.1再制造工程的特征及内涵
进入21世纪后，随着科学技术的进步，以优质、高效、安全、可靠、节能、节材为目标的先进制造技术在全世界得到了飞速发展。机械设备向着高精度、高自动化、高智能化发展，其服役条件更加苛刻，对机械零部件的维修要求更高，用传统维修手段难以达到要求。随着先进制造技术及设备工程技术的不断发展，制造与维修将越来越趋于统一。未来的制造与维修工程将是一个考虑设备和零部件设计、制造和运行全过程的系统工程。先进制造技术将统筹考虑整个设备寿命周期内的维修策略，而维修技术也将渗透到产品的制造工艺中，“维修”已被赋予了更广泛的含义[10]。
再制造是指对因功能性损坏或技术性淘汰等原因而不再使用的零部件，进行专业化修复或升级改造，使其质量特性和安全环保性能不低于原型新品的过程。作为循环经济“再利用”原则的高级形式，再制造以其复杂的技术工艺水平、良好的经济价格优势、领先的节能降碳效果而被誉为循环经济发展的一颗明珠。与
新品制造相比，再制造可节能60%、节材70%、降低污染物排放80%以上。再制造产业具有良好的发展潜力，是激活经济内循环体系，促进经济高质量发展的重要内容。
1999年，徐滨士院士在中国*次提出“再制造”，二十多年来，再制造作为一种以机电产品全寿命周期理论为指导，利用高技术手段实现废旧产品修复和改造的新型制造模式，其节能省材、绿色低碳的特性成为解决工业废弃物处置难题，降低工业化进程对环境影响的有效途径，在建设循环经济体系以及落实推动经济发展绿色化、低碳化目标的过程中发挥了重要作用。我国再制造发展实行政策先行、创新驱动、产业支
