高速激光熔覆修復(fù)加工工藝參數(shù)

高速激光熔覆是一種快速激光表面處理技術(shù)，主要涉及技術(shù)參數(shù)分為兩個(gè)方面，一是激光熔覆過(guò)程中，設(shè)備的調(diào)試設(shè)置參數(shù)，稱為加工參數(shù);二是熔覆完成后，對(duì)熔覆效果質(zhì)量的測(cè)評(píng)衡量參數(shù)，稱為檢測(cè)參數(shù)。

一、加工參數(shù)主要包括激光功率、光斑形狀、光斑尺寸、加工距離、搭接率、熔覆速度、送粉方式、保護(hù)氣氣壓共 8 項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)。

1、激光功率，激光器單位時(shí)間內(nèi)輸出的能量。

2、光斑形狀，常見(jiàn)的光斑形狀分圓形和矩形兩種，用戶根據(jù)加工對(duì)象特點(diǎn)選擇使用。

3、光斑尺寸，光斑尺寸主要影響光功率密度，即單位面積的光能量大小，同等功率條件下，光斑尺寸越小，光功率密度越大，高功率密度光斑適宜熔覆高熔點(diǎn)的金屬粉末。

4、加工距離，指激光出光口距基體表面的距離。加工距離過(guò)遠(yuǎn)，金屬粉末容易發(fā)散，粉末利用率低;加工距離近，激光熔覆頭受激光輻射表面溫度過(guò)高，嚴(yán)重造成粉末堵塞。

5、搭接率，搭接率是影響熔覆層表面粗糙度的主要因素，搭接率提高，熔覆層表面粗糙度降低。但搭接部分的均勻性很難得到保證。每道熔覆層之間相互搭接區(qū)域的深度與每道熔覆層正中的深度有所不同，從而影響了整個(gè)熔覆層。高速熔覆的搭接率高達(dá) 70%-80%(普通熔覆的搭接率為 30%-50%)。

6、熔覆速度，熔覆線速度和熔覆面積速率均可表示熔覆速度大小。

7、送粉方式，高速激光熔覆送粉方式主要有環(huán)形送粉。

8、保護(hù)氣氣壓，保護(hù)氣壓力大小加工時(shí)可調(diào)。保護(hù)氣一般使用氮?dú)饣驓鍤猓饕糜谒头垡约霸诩す馊鄹踩鄢刂車(chē)纬杀Ｗo(hù)區(qū)域，減少氧化。

二、檢測(cè)參數(shù)是在高速熔覆完成后，對(duì)熔覆層質(zhì)量好壞的衡量參數(shù)，主要包括孔隙率、硬度、結(jié)合強(qiáng)度、稀釋率、冷熱疲勞性能、表面粗糙度等。

1、孔隙率，高速激光熔覆在熔覆過(guò)程中不可避免存在著孔隙，孔隙度的大小與金屬粉末溫度和速度以及粉末運(yùn)動(dòng)角度有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)粉末運(yùn)動(dòng)速度慢熔覆層的孔隙率會(huì)大。

2、硬度，由于高速激光熔覆層在形成時(shí)的激冷和高速撞擊，熔覆層晶粒細(xì)化以及晶格產(chǎn)生畸變，使涂層得到強(qiáng)化，因此，激光熔覆層的硬度比一般材料的硬度要高。

3、結(jié)合強(qiáng)度，高速激光熔覆層與基體為冶金結(jié)合，即熔覆層和基體的界面間原子相互擴(kuò)散而形成結(jié)合，這種結(jié)合是在激光作用基體和金屬粉末產(chǎn)生高溫以及粉末高速運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下形成的。高速激光熔覆層與基體結(jié)合強(qiáng)度可高達(dá) 360MPa。

4、稀釋率，指熔敷金屬被稀釋的程度，用基材在熔覆層中所占的百分比來(lái)表示。稀釋率對(duì)熔覆層性能有較大的影響，高速熔覆工藝中，可通過(guò)金屬粉末流量、光功率密度、熔覆速率調(diào)節(jié)來(lái)控制稀釋大小。

5、冷熱疲勞性能，是指熔覆層的抗冷熱疲勞或熱震性能。熔覆層的抗熱震性能不好，會(huì)在使用中開(kāi)裂形成裂紋。熔覆層的抗熱震性能的好壞主要取決于金屬粉末與基體的熱膨脹系數(shù)差異的大小和熔覆層與基體結(jié)合強(qiáng)度。

6、表面粗糙度，熔覆層表面的平整程度，工藝測(cè)試中，激光光能量密度、送粉量大小和載氣流壓力均會(huì)影響表面粗燥度，三者都存在一個(gè)最佳參數(shù)值區(qū)間，數(shù)值設(shè)置過(guò)高或過(guò)低均會(huì)導(dǎo)致表面平整程度降低。實(shí)際對(duì)基材進(jìn)行高速激光熔覆加工時(shí)，需根據(jù)粉末基材特性，進(jìn)行合適的加工參數(shù)設(shè)置從而使各項(xiàng)檢測(cè)參數(shù)達(dá)標(biāo)，滿足應(yīng)用需求。