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激光熔覆亦称激光包覆或激光熔敷,是20世纪70年代随着大功率激光器的发展而兴起的一种新的表面改性技术。是在激光束作用下将合金粉末或陶瓷粉末与基体表面迅速加热并熔化,光束移开后自激冷却形成稀释率极低,与基体材料呈冶金结合的表面涂层,从而显著改善基体表面耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的一种表面强化方法。
激光焊接熔覆最重要特点是热量集中,加热快冷却快热影响区小,特别对不同材质之间熔融有着其它热源无法比拟的特点,也正是这一特殊的加热和冷却过程,在熔铸区域产生的组织结构也不同于其它熔覆(喷焊·堆焊·普通焊接等)手段,甚至可以产生非晶态组织,特别是脉冲激光更为明显。这就是所谓激光熔覆不变形无退火的原因。但我以为这只是从工件整体宏观讲,而当你对熔覆层和热影响区进行微观分析时,你会看到另一种景象,这一点我将在后面讲到。
影响金属相形成的均匀度,也对排气浮渣不利,这也是造成激光熔覆形成气孔,硬度不均的重要原因,特别是YAG激光倾向更严重。由于不同材料对不同波长激光的吸收能力不同,造成激光熔覆材料选择限制较大,激光更适于镍基自熔性合金等一些材料,对碳化物,氧化物的熔覆更困难一些。对于特殊材质的产品焊接,容易造成的焊接面不牢固和美观问题,主要考虑材质内含有的各种金属成分,成分的不同对于光源的吸收也有所不同,因此是焊接牢固的关键所在。焊接体能量可由激光功率、焊接速度、及离焦量及激光束焦点半径计算得出。
焊接体能量随激光功率、焊接速度和离焦量等焊接规范参数的变化。从焊接体能量的定义及中可以看出,焊接体能量与激光功率成正比关系,与焊接速度成反比关系,与焦点尺寸成平方关系,而与离焦量成指数关系。焊接体能量的变化能够体现激光功率、焊接速度、离焦量等焊接规范参数的变化。采用氩气送粉,送分精度要求低,可以有一定的倾斜度。这样就允许手工操作,对于金属修复比较适用。微束等离子稳定性好:微束等离子的稳定性好,熔池的形成也易于控制,敷材与机体融合充分,区域过度较好。
熔覆技术涉及光、机、电、计算机控制器(数控系统)、材料、物理、化学等多门学科的跨学科高新技术。近年来,结合CAD技术兴起的快速原型加工技术,又为激光熔覆技术增添了新的活力。激光熔覆可以在廉价金属基材上制备出高性能的合金表面而不影响基体的性质,降低成本,节约贵重稀有金属材料,因此,世界上各工业先进国家对激光熔覆技术的研究及应用都非常重视。
目前,激光熔覆技术已成为新材料制备、金属零部件快速直接制造、失效金属零部件绿色再制造的重要手段之一,如对汽轮机轮子轴、大型发电机轴、大型风机轴的磨损修复。已广泛应用于航空、石油、汽车、机械制造、船舶制造、模具制造等行业。
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