超高速激光熔覆與常規(guī)熔覆生產(chǎn)成本與經(jīng)濟效益值比較
在煤炭機械行業(yè)中,，煤機液壓支架中的活塞桿、活柱,、中缸等大量產(chǎn)品需要表面處理以達到抗腐 蝕,、抗磨損,、延長使用壽命的目的，之前主要使用電鍍鉻進行表面處理,。隨著激光熔覆工藝的不斷成 熟,，成本不斷降低,，且產(chǎn)品使用壽命是鍍鉻的 3-5 倍,，因此目前越來越多的客戶選擇激光熔覆工藝來 進行煤機油缸表面的強化與修復(fù),。
激光熔覆有常規(guī)激光熔覆和超高速激光熔覆兩種工藝，常規(guī)激光熔覆多采用半導(dǎo)體激光器,，半導(dǎo) 體激光器又可分為直接輸出半導(dǎo)體激光器和光纖耦合半導(dǎo)體激光器,。直接輸出半導(dǎo)體激光器對激光器 的密封性和制冷水的純度要求很好，另外在使用過程中,，直接面對被熔覆基體，基體上熔池的熱輻射 對激光器發(fā)光 bar 條損傷極大,，這種直接輸出半導(dǎo)體激光器技術(shù)簡單,，但長期可靠性較差，所以價格 相對便宜,。光纖耦合半導(dǎo)體激光器可靠性高,，但耦合技術(shù)難度大，目前市場上大多使用的是Laserline 的大功率光纖耦合激光器,。超高速激光熔覆采用高穩(wěn)定的高功率光纖激光器作為光源,，相較半導(dǎo)體激 光器具有可靠性高、使用壽命長,、免維護等優(yōu)點,。
常規(guī)激光熔覆技術(shù),，早期在煤礦液壓支架上獲得了一定的應(yīng)用，但常規(guī)激光熔覆有明顯的三個缺 點：加工效率低,、熱輸入大和后續(xù)加工量大,，因此一直不能大規(guī)模地取代鍍鉻工藝。相較常規(guī)激光熔 覆,，超高速激光熔覆具備加工效率高,，熱輸入量小、后續(xù)加工成本低等優(yōu)點,。從技術(shù)發(fā)展角度講,，超 高速激光熔覆是常規(guī)激光熔覆的技術(shù)升級和革新。中科中美6000W 超高速激光熔覆設(shè)備自推出至今已 應(yīng)用于眾多大型煤機制造及修復(fù)企業(yè),，且實際使用效果也獲得了行業(yè)普遍認可,，是當(dāng)前代替電鍍鉻應(yīng) 用于煤礦液壓支架產(chǎn)品的最先進的工藝技術(shù)。下面對中科中美6000W超高速激光熔覆和6000W,、10000W 常規(guī)激光熔覆在實際生產(chǎn)中的主要工藝參數(shù),、使用成本和生產(chǎn)效益進行詳細的比較分析。
一,、 主要技術(shù)參數(shù)比較
中科中美 6000W 超高速激光熔覆與6000W,、10000W半導(dǎo)體常規(guī)激光熔覆的技術(shù)參數(shù)比較如下：
參數(shù) | ZKZM 6000W 超高速激光熔覆 | 6000W 半導(dǎo)體激光熔覆 | 10000W 半導(dǎo)體激光熔覆 |
激光功率密度 | 大 | 小 | 小 |
熔覆效率㎡/h | 0.8 | 0.3 | 0.6 |
工件熱輸入量 | 1200W | 4800W | 8000W |
粉末利用率 | 85% | 90% | 90% |
熔覆層厚度 mm | 0.5～1.0 | 1.2～1.5 | 1.2～1.5 |
稀釋率 | <3% | 3-15% | 3-15% |
表面平整度 | Ra<10um | 表面起伏 0.4mm | 表面起伏 0.4mm |
后期加工 | 磨/拋 | 車/磨/拋 | 車/磨/拋 |
二、 熔覆加工成本比較
熔覆加工成本,，主要包括粉末消耗,、工時費、電能消耗,、保護鏡消耗和氣體消耗等費用,。1m²液壓支架的具體激光熔覆成本為：
1、設(shè)備電能消耗（電費按1元/度計算）
參數(shù) | ZKZM 6000W 超高速激光熔覆 | 6000W 半導(dǎo)體激光熔覆 | 10000W 半導(dǎo)體激光熔覆 |
激光器（kW） | 13 | 13 | 22 |
機床（kw） | 8 | 8 | 8 |
冷水機組（kw） | 6 | 6 | 10 |
送粉器（kw） | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
耗電量（度/h） | ≤27.5 | ≤27.5 | ≤40.5 |
電費（元/h） | 27.5 | 27.5 | 40.5 |
電費（元/ m²） | 23 | 92 | 68 |
說明 | 效率不同,，導(dǎo)致單位面積電費相差較大 | ||
2,、保護鏡費用
參數(shù) | 易損件 | 壽命 （小時） | 單價（元） | 消耗費用 （元/小時） | 單位面積 消耗費用 |
ZKZM 6000W 超高速激光熔覆 | 保護鏡片 | 質(zhì)保期免費 | |||
6000W 半導(dǎo)體激光熔覆 | 保護鏡片 | ≧240 | 120 | 0.5 | 1.7元/ m² |
10000W 半導(dǎo)體激光熔覆 | 保護鏡片 | ≧240 | 400 | 1.7 | 2.8 元/ m² |
3、氣體費用
中科中美 6000W 超高速激光熔覆要使用氮氣或氬氣作為送粉氣和保護氣,，按照 50元/14kg/瓶計 算,，熔覆效率為0.8 m²/h，ZKZM 6000W 超高速激光熔覆氣體消耗費用約25元/m²,。6000W 半導(dǎo)體激光 熔覆,，熔覆效率為0.3 m²/h，使用壓縮空氣作為保護氣,，在氣體費用上,，約3元/m²；10000W半導(dǎo)體激 光熔覆，熔覆效率為0.6 m²/h,，使用壓縮空氣作為保護氣,，在氣體費用上，約1.5元/m²計算,。
4,、工時費
如果人員工資按照月薪6000元，每月工作22 天,，每天工作8小時計算,，則工時費為34 元/h。折算 成單位熔覆面積的人員費用,，ZKZM 6000W超高速激光熔覆的人員費用為42元/m²,。6000W 半導(dǎo)體激光熔 覆的人員費用為106 元/ m²，10000W 半導(dǎo)體激光熔覆的人員費用為57元/m²,。
5,、粉末成本
參數(shù) | ZKZM 6000W 超高速激光熔覆 | 6000W 半導(dǎo)體激光熔覆 | 10000W 半導(dǎo)體激光熔覆 |
熔覆面積（㎡） | 1 | 1 | 1 |
熔覆層厚度（mm） | 0.65 | 1.5 | 1.5 |
后期加工 | 只需磨拋 0.15- 0.2mm， 可達到表面Ra0.4um,，最終熔覆層 0.4mm | 車削0.7mm,，再進行磨拋 0.1mm最終熔覆 層 0.7mm | 車削 0.7mm， 再進行磨拋0.1mm最終熔 覆層 0.7mm |
金屬密度（g/cm3） | 7.9 | 7.9 | 7.9 |
熔覆層粉末量（kg） | 5.14 | 11.85 | 11.85 |
粉末利用率 | 85% | 90% | 90% |
粉末總量（kg） | 5.7 | 13.17 | 13.7 |
粉末單價（元/kg） | 55 | 55 | 55 |
粉末成本（元/㎡） | 313 | 725 | 725 |
從上表可以看出,，熔覆液壓支架 1 ㎡ 時,，ZKZM 6000W 超高速激光熔覆比 6000W和10000W 半導(dǎo) 體常規(guī)激光熔覆的粉末費用節(jié)約50%以上。
6,、單位面積總成本
綜合以上數(shù)據(jù),，三種熔覆設(shè)備熔覆單位面積的成本為：
類別(元/㎡) | ZKZM 6000W 超高速激光熔覆 | 6000W 半導(dǎo)體激光熔覆 | 10000W 半導(dǎo)體激光熔覆 |
耗電(元/㎡) | 23 | 92 | 68 |
保護鏡費用(元/㎡) | 0 | 1.7 | 2.8 |
氣體費用(元/㎡) | 25.0 | 3.0 | 1.5 |
人員工資(元/㎡) | 42.0 | 106.0 | 57.0 |
粉末費用(元/㎡) | 313 | 725 | 725 |
費用合計(元/㎡) | 403 | 928 | 854 |
上表可以看出，激光熔覆 1㎡ 面積時,，粉末成本在整個激光熔覆加工成本中所占比例高達80%以 上,；ZKZM 6000W 超高速激光熔覆比 6000W和10000W半導(dǎo)體常規(guī)激光熔覆的加工費用降低50%以上，這 還沒考慮常規(guī)熔覆之后的車削工序的成本,，因此超高速激光的熔覆成本遠低于常規(guī)激光熔覆的熔覆成 本,。
三、 超高速激光熔覆與常規(guī)激光熔覆的設(shè)備成本和年產(chǎn)效益對比
ZKZM 6000W 超高速激光熔覆 | 6000W 半導(dǎo)體激光熔覆 | 10000W 半導(dǎo)體激光熔覆 | |
一年工作時間（小時） | 250*8=2000 | 250*8=2000 | 250*8=2000 |
年生產(chǎn)面積（㎡） | 250*8*0.8=1800 | 250*8*0.3=600 | 250*8*0.6=1200 |
年生產(chǎn)成本（萬元） | 1800*0.0403=72 | 600*0.0928=56 | 1200*0.0854=103 |
銷售價格（元/㎡） | 3000 | 3000 | 3000 |
年銷售值（萬元） | 1800*0.3=540 | 600*0.3=180 | 1200*0.3=360 |
一年效益（萬元） | 540-72=468 | 183-56=127 | 360-103=257 |
三年生產(chǎn)成本（萬元） | 216 | 168 | 309 |
三年效益（萬元） | 1404 | 381 | 771 |
五年生產(chǎn)成本（萬元） | 360 | 280 | 515 |
五年效益（萬元） | 2340 | 635 | 1285 |
設(shè)備成本（萬元） | 180 | 100 | 150 |
從上表可以看出,，企業(yè)一年使用激光熔覆加工250天,，每天8小時，一臺ZKZM 6000W超高速激光熔 覆比一臺6000W常規(guī)激光熔覆產(chǎn)生的效益要多341萬元,，比一臺10000W常規(guī)激光熔覆產(chǎn)生的效益要多211 萬元,。因此如果以一臺ZKZM 6000W超高速激光熔覆的產(chǎn)值效益為標(biāo)準(zhǔn),，購買一臺6000W常規(guī)激光熔覆一 年內(nèi)將少賺341－80＝261萬元,；購買一臺10000W常規(guī)激光熔覆一年內(nèi)將少賺211－30＝181萬元。連續(xù) 三年或五年，將少賺幾百甚至上千萬元,。正所謂：不在設(shè)備上花小錢,，就在生產(chǎn)上丟大錢！
四,、 技術(shù)與服務(wù)優(yōu)勢比較
中科中美是超高速激光熔覆裝備的專業(yè)制造商,，自2017年推出了我國首臺6000W超高速激光熔覆裝 備以來，技術(shù)不斷得到改進與升級,，現(xiàn)階段無論是技術(shù)先進性還是熔覆效率,、效果都遠超德國的4000W 超高速激光熔覆設(shè)備。中科中美超高速激光熔覆技術(shù),，完全基于自主研發(fā),，擁有30多項專利，其中多 項技術(shù)是全球獨家擁有：
1. 中心送粉超高速激光熔覆技術(shù),，全球獨家擁有,，與旁軸送粉相比具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。熔覆頭 可靠性高,，粉末利用率高,，不堵粉，不粘粉,，可24小時長時間工作,；
2. 中科中美的遠程云服務(wù)技術(shù)，全球獨家擁有,，可在千里之外,，為客戶提供及時貼身的售后服務(wù)；
3. 中科中美即將推出4000W和6000W內(nèi)孔超高速熔覆設(shè)備填補了全球行業(yè)空白,；
4. 中科中美是全球超高速激光熔覆裝備技術(shù)最全面的專業(yè)公司,，除了水冷機之外，整套裝備的另 外4個部分（激光器,、送粉器,、熔覆頭、運動系統(tǒng)）全部自主研發(fā)或控制,，整套裝備是高度智能化的有 機整體,，系統(tǒng)化和智能化的設(shè)計有效地減少操作者的操作失誤，保護了整套設(shè)備的安全,。
另外,，中科中美還向客戶提供如下超額優(yōu)質(zhì)服務(wù)：
1. 整套裝備3年質(zhì)保；
2. 保護鏡和熔覆頭3年內(nèi)免費以舊換新,；
3. 根據(jù)客戶需要提供1個月的陪產(chǎn)服務(wù),；
4. 設(shè)備到貨前,，可為客戶提供小批量的代加工服務(wù)。
客觀地講,，所有的工業(yè)設(shè)備,，在使用過程中都有出現(xiàn)故障的可能性，因此售后及時性是考察工業(yè) 產(chǎn)品的一項重要指標(biāo),。國外設(shè)備售后維修時間少則3月,，多則半年以上，后期使用存在巨大的技術(shù)風(fēng)險,。
五,、結(jié)論
綜上所述，中科中美 6000W 超高速激光熔覆和半導(dǎo)體常規(guī)激光熔覆相比,，在設(shè)備穩(wěn)定性,、可靠性、 技術(shù)先進性,、生產(chǎn)成本,、后期加工成本，以及售后服務(wù)成本,，特別是給客戶帶來的經(jīng)濟效益等方面,， 具有十分明顯的優(yōu)勢。因此中科中美的超高速熔覆設(shè)備是煤炭液壓支架表面修復(fù)的最佳選擇,。