激光熔覆的目的是实现表面改性或修复,激光熔覆工艺对熔覆层质量的影响至关重要。激光熔覆的工艺参数主要有激光功率、光斑直径、熔覆速度、送粉速度等。这些参数对熔覆层的稀释率、表面粗糙度以及熔覆零件的致密性等有很大影响。
三个重要的工艺参数
激光功率
激光功率越大,熔化的熔覆金属量越多。随着激光功率的增加,熔覆层深度增加,周围的液体金属剧烈波动,动态凝固结晶,使气孔数量逐渐减少甚至得以消除,裂纹也逐渐减少。当熔覆层深度达到极限深度后,随着功率的提高,基材表面温度升高,变形和开裂现象加剧;激光功率过小,仅表面涂层熔化,基材未熔,此时熔覆层表面出现局部起球、空洞等,达不到表面熔覆的目的。
光斑(激光束)直径
熔覆层宽度主要取决于激光束的光斑直径。光斑尺寸不同会引起熔覆层表面能量分布变化,所获得的熔覆层形貌和组织性能有较大的差别。一般来讲,在小尺寸光斑下,熔覆层质量较好,随着光斑尺寸的增大,熔覆层质量下降。但光斑直径过小,不利于获得大面积的熔覆层。
熔覆速度
熔覆速度过高,合金粉末不能完全熔化,未起到优质熔覆的效果;熔覆速度太低,熔池存在时间过长,粉末过烧,合金元素损失,同时基材的热输入量大,会增加变形量。
激光熔覆参数不是独立地影响熔覆层宏观和微观质量,而是相互影响的。在激光功率一定的条件下,熔覆层稀释率随光斑直径增大而减小,当熔覆速度和光斑直径一定时,熔覆层稀释率随激光束功率增大而增大。另外,随着熔覆速度的增加,基体的熔化深度下降,基体材料对熔覆层的稀释率下降。
工艺参数对熔覆质量的影响
稀释率的影响
稀释率是激光熔覆工艺控制的重要因素之一。稀释率过大,基材对熔覆层的稀释作用大,将损害熔覆层固有的性能,增大熔覆层开裂、变形的倾向;稀释率过小,熔覆层与基材不能在界面形成良好的冶金结合,熔覆层易剥落。因此,控制熔覆层稀释率的大小是获得优良熔覆层的先决条件。
激光熔覆的熔池对流及影响
激光熔池的对流现象对熔覆合金的成分和组织的均匀化有促进作用,但在激光熔覆过程中过度的稀释且混合不充分的条件下,易引起成分和组织偏析,降低熔覆层的性能。同步送粉激光熔覆的对流控制着合金元素的分布和熔覆层几何形状。
如果熔覆材料与基材材料熔点差别太大,会导致工艺参数选择范围过窄,难以形成良好的冶金结合。润湿性较好的熔覆材料容易均匀铺展在基材表面,熔覆层成形和表面质量较好,熔覆材料元素熔覆扩散进入基材,在较低的稀释率下就可以形成牢固的冶金结合。
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激光熔覆再制造对新制造、包括已到服役寿命或因过渡磨损、腐蚀、氧化、刮伤、老化、变形等原因而失效的零部件进行修复,使其性能、表面质量、外形尺寸满足要求,恢复其使用价值,延长产品的使用寿命。在煤炭、工程机械、冶金、能源、石化行业有广泛的应用价值。与传统表面强化技术相比,激光熔覆技术具有快速凝固、组织结构细化、熔覆层与基材呈冶金结合、稀释率较低等特点。良好的激光熔覆层具有光滑平整的表面形貌,且没有明显微裂纹产生。
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