作者簡(jiǎn)介
孫桂芳，東北大學(xué)與美國(guó)密歇根大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士、博士后，東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，廣東腐蝕科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院增材制造耐蝕材料開發(fā)與制備課題組組長(zhǎng)。主要研究方向?yàn)闃O端服役材料成分設(shè)計(jì)及特殊環(huán)境氛圍高性能激光增材制造理論、技術(shù)、裝備、應(yīng)用。在國(guó)家、省部級(jí)科研項(xiàng)目支持下，開發(fā)了送粉式局部干法激光增材再制造成套裝備和技術(shù)，突破了極端服役材料設(shè)計(jì)方法、環(huán)境組織凝固仿真、水下激光增材再制造質(zhì)量控制等關(guān)鍵技術(shù)，形成了特殊環(huán)境氛圍激光增材冶金理論、失效構(gòu)件水下激光增材再制造提升機(jī)理、腐蝕/疲勞/斷裂失效機(jī)理、抗氫脆行為調(diào)控機(jī)制，建立了多種海工材料、核電用鋼水下激光增材修復(fù)工藝數(shù)據(jù)庫(kù)。
韓恩厚，中國(guó)工程院院士，華南理工大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師。廣東腐蝕科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院院長(zhǎng)，亞太材料科學(xué)院（APAM）院長(zhǎng)。于1998年4月從美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）回國(guó)。研究方向?yàn)楦g機(jī)理、耐腐蝕材料、腐蝕控制技術(shù)、工程結(jié)構(gòu)/裝備/設(shè)施的腐蝕服役安全評(píng)價(jià)與壽命評(píng)估研究與工程應(yīng)用，材料與裝備制造工藝研究（含表面完整性、增材制造等）。三次承擔(dān)國(guó)家“973”計(jì)劃項(xiàng)目首席科學(xué)家，擔(dān)任國(guó)家重大科技專項(xiàng)課題、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)重點(diǎn)基金項(xiàng)目/重大基金課題負(fù)責(zé)人等。
作者團(tuán)隊(duì)基于長(zhǎng)期陸上激光增材再制造的研究積累，結(jié)合水下局部干法原位修復(fù)技術(shù)的顯著優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)新性地提出 水下局部干法激光增材再制造技術(shù) ，該技術(shù)有望為水下裝備原位高質(zhì)高效修復(fù)提供一種全新的技術(shù)途徑。
隨著全球海洋經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，海洋工程裝備在能源勘探、運(yùn)輸、軍事、科研等領(lǐng)域的重要性日益凸顯。然而，長(zhǎng)期暴露在嚴(yán)苛的海洋環(huán)境中，這些裝備不可避免地會(huì)遭受腐蝕、磨損、裂紋等各種形式的損傷，嚴(yán)重威脅其安全性能與服役壽命。傳統(tǒng)的岸上維修或更換部件的方式不僅成本高昂、周期冗長(zhǎng)，而且在深海、極地等特殊環(huán)境下實(shí)施難度極大，甚至難以實(shí)現(xiàn)。
▲ 海洋及核電嚴(yán)酷環(huán)境服役裝備：海底管道（左）；海上風(fēng)電機(jī)組（中）；核電站（右）
根據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)報(bào)告及世界核工業(yè)現(xiàn)狀報(bào)告(WNISR)，截至2023 年年中，在運(yùn)行核電站中有265 座反應(yīng)堆(占全球運(yùn)行機(jī)組的2/3)已運(yùn)行31 年或更長(zhǎng)時(shí)間，為了更大發(fā)揮現(xiàn)有核電站的發(fā)電能力，使其安全運(yùn)行壽命超過40 年甚至60 年，當(dāng)務(wù)之急是解決核反應(yīng)堆長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)老化問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)核電站內(nèi)部老化構(gòu)件的快速維修。目前潛水焊工手動(dòng)焊接修復(fù)存在輻射和高溫危害，人力成本高昂。核電站的修復(fù)與延壽已經(jīng)成為各國(guó)監(jiān)管者、運(yùn)營(yíng)者和公用事業(yè)部門面臨的重大挑戰(zhàn)。因此，尋求高效、便捷且能在現(xiàn)場(chǎng)直接進(jìn)行的水下原位修復(fù)技術(shù)成為亟待解決的關(guān)鍵課題。
▲水下局部干法激光增材再制造技術(shù)的核心原理：原理圖（左）、裝備構(gòu)成（中）和實(shí)驗(yàn)過程（右）
根據(jù)水環(huán)境對(duì)修復(fù)過程作用機(jī)制的差異，水下原位修復(fù)技術(shù)可分為水下濕法、水下干法和水下局部干法三種類型。其中，水下局部干法原位修復(fù)技術(shù)利用特制排水裝置創(chuàng)造水下局部干區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)對(duì)受損部位進(jìn)行修復(fù)。與水下濕法和水下干法相比，水下局部干法兼具環(huán)境適應(yīng)性和裝備靈活性，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、作業(yè)周期短、成本較低等優(yōu)勢(shì)，已成為水下修復(fù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。激光增材再制造技術(shù)是一種先進(jìn)的裝備高性能修復(fù)技術(shù)，已在高端裝備維修中獲得重要應(yīng)用。激光增材再制造技術(shù)是以激光束為熱源，通過在受損構(gòu)件表面熔化金屬粉末實(shí)現(xiàn)修復(fù)，能夠高質(zhì)量恢復(fù)受損構(gòu)件的幾何形狀和力學(xué)性能，顯著延長(zhǎng)裝備服役壽命。同時(shí)，激光增材再制造技術(shù)還具有凝固組織精細(xì)、界面結(jié)合強(qiáng)度高及表面性能靈活調(diào)控等突出優(yōu)勢(shì)，在海洋工程和核電修復(fù)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
▲ 水下局部干法激光增材再制造過程與陸上環(huán)境激光增材再制造過程示意圖。(a)水下高壓環(huán)境；(b)陸上常壓環(huán)境
經(jīng)過近十年的技術(shù)攻關(guān)，作者團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)了水下激光增材再制造技術(shù)，并將其打造為一項(xiàng)嶄新的水下現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)/制造工藝。其核心優(yōu)勢(shì)包括：成形高效靈活、修復(fù)性能優(yōu)異。無需拆卸裝備，可在海洋、核電等復(fù)雜水下環(huán)境中自由成形作業(yè)；修復(fù)區(qū)組織精細(xì)、力學(xué)性能接近甚至優(yōu)于陸上修復(fù)水平。有望在海底管道、海上鉆井平臺(tái)、核電站等各類水下工程裝備的原位修復(fù)和制造上得到廣泛應(yīng)用。該技術(shù)涉及多學(xué)科融合，整合了激光技術(shù)、材料科學(xué)、流體力學(xué)與智能控制，為海洋裝備延壽與核電站安全運(yùn)維提供全新解決方案。
《水下局部干法激光增材再制造技術(shù)》
孫桂芳等著
北京 : 科學(xué)出版社, 2025. 3
ISBN 978-7-03-081249-0
《水下局部干法激光增材再制造技術(shù)》系統(tǒng)總結(jié)了作者團(tuán)隊(duì)近年來在水下激光增材再制造工藝和技術(shù)研發(fā)方面所取得的研究成果，詳細(xì)闡述水下激光增材再制造系統(tǒng)組成和工藝實(shí)施過程。書中總結(jié)了水下激光增材再制造修復(fù)典型海洋工程金屬材料過程中，激光增材工藝參數(shù)和水環(huán)境對(duì)修復(fù)區(qū)的宏觀形貌、缺陷形成、組織凝固和綜合性能的影響規(guī)律，揭示了激光急熱急冷協(xié)同水環(huán)境強(qiáng)制冷卻對(duì)熔池流動(dòng)和凝固行為的影響機(jī)制，并提出水下激光增材修復(fù)過程及修復(fù)質(zhì)量調(diào)控策略。同時(shí)，本書結(jié)合大量實(shí)驗(yàn)室修復(fù)案例，展示了水下局部干法激光增材再制造技術(shù)在提升海洋工程裝備性能、延長(zhǎng)服役壽命方面的顯著效果。
全書內(nèi)容豐富、特色鮮明，適用于海洋工程、材料科學(xué)、機(jī)械制造等領(lǐng)域的科研人員、工程師及高校師生閱讀。通過閱讀本書，讀者不僅能夠深入了解水下局部干法激光增材再制造技術(shù)的原理和應(yīng)用場(chǎng)景，還能夠掌握相關(guān)操作技能，為實(shí)際工程應(yīng)用提供有力支持。
本文摘編自《水下局部干法激光增材再制造技術(shù)》（孫桂芳等著.北京 : 科學(xué)出版社, 2025. 3）一書“前言”“后記”，有刪減修改，標(biāo)題為編者所加。
ISBN 978-7-03-081249-0
責(zé)任編輯：惠 雪 曾佳佳 李佳琴
本書聚焦于水下局部干法激光增材再制造技術(shù)在海洋工程裝備、核電站等水下原位修復(fù)領(lǐng)域中的應(yīng)用前景，為讀者呈現(xiàn)該領(lǐng)域最新的科研成果與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)闡述了水下局部干法激光增材再制造技術(shù)的原理、工藝流程以及復(fù)雜冶金機(jī)制。
（本文編輯：劉四旦）
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