《移动式智能激光锻造增材修复装备》编制说明

一、工作简况

（一）产品介绍

激光锻造增材修复技术是在传统电弧修复的基础上，引入一束纳秒短脉冲激光

作用于处于高温状态下的电弧修复区，利用脉冲激光诱导产生的强冲击波对修复区

进行冲击锻造，消除气孔、降低残余拉应力、形成锻造态组织。脉冲激光跟随电弧

协同运动，直至修复完成。通过逐层逐区域的激光锻造，实现修复构件疲劳寿命的

提高。激光锻造增材修复技术在金属构件低应力长寿命修复上具有广阔的应用前景，

可适用于钢、高温合金、钛合金、铝合金等各种金属。

1、产品性能特点：

1.高质量：修复区晶粒细小、气孔缺陷少、形成残余压应力，修复构件疲劳寿命

长；

2.高效益：以电弧为热源，修复速度快，电弧熔覆和激光锻造同步完成，效率高；

3.智能灵活：手持式修复，灵活性大，可应用于复杂环境修复；适用性强：适用

于各种金属材料，包括钢、高温合金、钛合金、铝合金等；

4.节能环保：极少热量、噪声、废气、液体或固体废物排放

2、产品总体结构图

3、移动式智能激光锻造增材修复装备的结构组成

至少包括：电动移动平台、锻造激光器、光束柔性传输机构、激光光束变换系统、焊机、

手持式复合焊枪、风冷/水冷冷却装置、总控系统、配电系统等。

4、适合材料:

适用于钢、高温合金、钛合金、铝合金等各种金属。

（二）标准制定的背景和必要性

我国的海洋国土面积达到299.7万平方公里，海岸线长18400公里，具有丰富

的海洋资源。海上风电、海洋石油产业的大力发展对于双碳目标的实现和国民经济

的发展具有重要的战略意义。在建设海洋强国的背景下，大量海洋工程装备，包括

海上风电装备、石油资源开采装备等，正进入海洋环境服役。然而，海洋环境十分

复杂，具有高温、高湿、高盐和高辐射的特点。此外，海洋中还存在各类极端载荷，

包括台风、地震、海啸等。复杂恶劣的海洋环境极易导致海洋工程装备产生磨损、

腐蚀与开裂等损伤，严重影响装备的服役寿命，甚至造成安全事故。然而，大型的

海上结构物难以进行拆除返修，而小型零部件虽然可以拆返维修，但是其返修周期

长，由此导致的经济成本很高。因此，低应力长寿命现场修复技术和智能装备的开

发对于保障海洋工程装备的持续稳定运行、延长其全生命周期具有重要的意义。

对于海洋工程装备的损伤金属构件，电弧焊补/增材修复是目前最常用的现场修

复技术。但常规电弧修复形成凝固态组织，存在气孔等冶金缺陷以及残余拉应力严

重的问题，导致修复构件疲劳寿命短。虽然修复后热处理可以降低残余应力、提高

寿命，但是对于海洋工程装备大型结构件的现场修复，热处理难以实施。为此，广

东工业大学、广东镭奔激光科技有限公司和保利长大工程有限公司联合研究团队首

先提出了激光锻造增材修复技术，即在常规电弧修复的基础上，引入一束纳秒短脉

冲激光作用于处于高温状态下的电弧修复区，利用脉冲激光诱导产生的强冲击波对

修复区进行冲击锻造，消除气孔、降低残余拉应力、形成锻造态组织。脉冲激光跟

随电弧协同运动，直至修复完成。通过逐层逐区域的激光锻造，实现修复构件疲劳

寿命的提高。本团队基于激光锻造增材修复技术开发了移动式智能激光锻造增材修

复装备，填补国内空白，达到国际领先水平。然而，如何保证激光锻造修复质量可

靠性、稳定性及修复效率是推动激光锻造增材修复技术广泛应用的关键。

（三）标准编制规则

编写规则符合GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部份：标准的结构和编写》。

（四）标准起草过程

本标准主要起草人：张永康、池元清、吴国平、吴穷、吴清源、余立志、张显

雄等

本标准起草单位：广东工业大学等。

广东工业大学等标准起草小组成员根据实验验证数据和验证情况，整理形成了

标准征求意见稿报广东省机械行业协会。

2024年5月将标准征求意见稿，发出征求意见。

二、技术指标的目的和依据

激光锻造增材修复技术主要应用于金属构件修复，具有修复性能好、修复效率

高、无需后续热处理、使用灵活方便等优点。

激光锻造增材修复的基本原理：在传统电弧修复的基础上，引入一束纳秒短脉

冲激光作用于处于高温状态下的电弧修复区，利用脉冲激光诱导产生的强冲击波对

修复区进行冲击锻造，消除气孔、降低残余拉应力、形成锻造态组织。脉冲激光跟

随电弧协同运动，直至修复完成。通过逐层逐区域的激光锻造，实现修复构件疲劳

寿命的提高。

激光器的选择：具有激光锻造功能的激光系统，应具有ns量级的激光脉宽、高

脉冲能量，及较高的重复频率。然而目前常规脉冲激光器（如脉冲半导体、脉冲光

纤激光器），虽有体积较小、效率较高的有点，但其输出激光的高重复频率与大脉冲

能量之间存在着相互制约的问题，在获得高重复频率的同时难以兼得大能量输出。

同时由于受到激光工作介质的热效应、激光器体积及系统造价等因素的影响，大脉

冲能量的输出及高重复频率通常是相互矛盾的，很难在工程实用中得到实际应用。

专门的激光锻造激光器可解决上述矛盾，其核心技术是采用特殊设计的Burst（脉冲

串）高效发生技术-“脉冲泵浦结合腔内调制技术”，并加以MOPA的放大技术，是

目前解决高重复频率与高单脉冲能量之间毛寸的最佳方法之一。输出的脉冲串激光

经过激光高效放大后使脉冲串激光具有较高的单脉冲能量，这样既保证了锻造激光

脉冲在一段时间内的高重复频率，又实现了较高的单脉冲能量，完全适合于“移动

式智能激光锻造增材修复装备”的复合加工中。。

手持式复合焊枪设计：将锻造激光同步作用于焊机的焊接位置，起到激光复合

电弧焊的作用。手持式复合焊枪内设计有激光光斑位置调节装置，可以实现锻造激

光光斑与焊接熔池位置的三维可调，调节灵活、分辨率高。

数控系统的选择：软PLC控制系统是随着工业自动化控制领域的最新国际标准

IEC61131的颁布而发展起来的。软PLC提供了与传统PLC同样的功能，同时又提供

了基于PC控制系统的各种优点并降低了开发成本。其性能优越，具有良好的稳定性。

采用Ethercat总线通讯，系统稳定性更高且具有很强的拓展性。

机械手：选择具有较高精度的多轴机械手，可以带动激光头和焊枪按照所需要

的空间轨迹进行运动，以满足焊件的多样性。

相关技术参数的确定：标准编制组收集了大量国内外相关资料，采用理论研究

与不同试验相结合的方法，通过查阅国内外有关文献，了解国内外激光锻造的研究

现状，调研国外市场的激光锻造装备技术情况以及产品加工反馈信息。同时检测了

大量的不同种类的金属构件，获得了第一手数据，通过数据分析整理，为激光锻造

技术的确定打下了坚实的基础。建立精确的工艺模型和采用适当的优化算法，建立

适合各种材料的连接成型工艺数据库。研究激光锻造设备理，分析修复缺陷和残余

应力的控制机理，得到最优技术参数。

三、试验方法的说明

除外观指标目测外，其他试验方法均选用现行国家标准规定的试验方法。

1.表面损伤：在自然光下检视，配合相关通用量具进行。

公司产品完成后已委托“广东省质量监督机械检验站”进行产品质量检测，经

权威检测机构CMA认证，送检的移动式智能激光锻造增材修复装备共检24项，所检

项目均符合检验依据要求，顺利取得检测报告。

四、检验规则的说明

产品检验的内容包括：产品性能、精度、安全性和外观。每台移动式智能激光

锻造增材修复装备均须经公司质检部门检验合格，并附合格证方可出厂。移动式智

能激光锻造增材修复装备分出厂检验和型式检验两种。

当出厂检验出现不符合项时允许返工后重新提交检验，复检后若全部符合要求，

或不符合不超过两项，而其他项目全部符合要求时则判出厂检验合格，否则为不合

格。

当新产品投产定型鉴定时，工艺、原材料发生重大改变时，正常生产每年进行

的一次例行试验，当出厂检验结果与上次型式检验数据有较大差异时，当国家质量

技术监督部门或客户提出要求时，应进行型式检验。型式检验应从出厂检验合格的

产品中抽取，抽样数为1台，并按本标准所有要求逐项进行。型式检验中若全部符

合要求，或不符合项不超过两项，而其他项目全部符合要求时则判出厂检验合格，

否则为不合格。

五、标志包装运输贮存的简单说明

1、设备标志

设备标志应清晰、耐久，标志内容应至少包括：

（1）设备名称、规格；

（2）制造厂名称；

（3）执行标准编号。

2、运输包装标志

包装箱上应至少标注下列内容：

a)设备名称、规格；

b)数量；

c)毛重和净重，单位为千克（kg）；

d)箱体外形尺寸（L×B×H），单位为厘米（mm）；

e)制造厂名称及地址；

3、安全警告标志

本设备激光发生器和复合焊枪上贴有安全警告标识。如下图：

设备用木箱包装，包装箱应牢固、可靠，设备在箱内无晃动，在箱外贴有明显

标识。激光器、焊接头应该单独包装发货。

六、主要参考的资料

下列文件中的系数通过本标准的引用而成为本标准的条款，凡是注明日期的引

用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，

凡是不注明日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB/T230.1-2018金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法

GB/T3375-1994焊接术语

GB/T5226.1-2019机械电气安全机械电气设备第1部分:通用技术条件

GB/T6576-2002机床润滑系统

GB/T9969-2008工业产品使用说明书-总则

GB/T12467.3-2009金属材料熔焊质量要求第3部分：一般质量要求

GB/T13306-2016标牌

GB/T13384-2008机电产品包装通用技术条件

GB/T18490.1-2017机械安全激光加工机第1部分：通用安全要求

GB/T19867.4-2008激光焊接工艺规程

GB/T24113.1-2009机械电气设备塑料机械计算机控制系统第1部分：通

用技术条件

GB/T27666-2011制造用激光器光束质量的评价和测试方法

GB/T34380-2017数控激光切割机

HG/T4282塑料焊接试板拉伸试验方法

JB/T8896-1999工业机器人验收规则

JB/T10324-2018电气设备机柜通用技术条件

GB15980-1995一次性使用医疗用品卫生标准

GB22747-2008食品加工机械基本概念卫生要求

七、知识产权说明

标准中未涉及这方面的内容。

八、采标国际标