【摘要】激光熔覆最重要特點(diǎn)是熱量集中，加熱快冷卻快熱影響區小，特別對不同材質(zhì)之間熔融有著(zhù)其它熱源無(wú)法比擬的特點(diǎn)，也正是這一特殊的加熱和冷卻過(guò)程，在熔鑄區域產(chǎn)生的組織結構也不同于其
【關(guān)鍵字】等離子熔覆,激光熔覆
筆者多年從事激光熔覆和微束等離子熔覆工藝的應用實(shí)踐，對此有一些認識和總結。
一、 激光熔覆特點(diǎn)
1. 技術(shù)特點(diǎn)
激光熔覆最重要特點(diǎn)是熱量集中，加熱快冷卻快熱影響區小，特別對不同材質(zhì)之間熔融有著(zhù)其它熱源無(wú)法比擬的特點(diǎn)，也正是這一特殊的加熱和冷卻過(guò)程，在熔鑄區域產(chǎn)生的組織結構也不同于其它熔覆(噴焊·堆焊·普通焊接等)手段，甚至可以產(chǎn)生非晶態(tài)組織，特別是脈沖激光更為明顯。這就是所謂激光熔覆不變形無(wú)退火的原因。但我以為這只是從工件整體宏觀(guān)講，而當你對熔覆層和熱影響區進(jìn)行微觀(guān)分析時(shí)，你會(huì )看到另一種景象，這一點(diǎn)我將在后面講到。
2. 設備特點(diǎn)
激光熔覆目前國內采用采用兩種機型;CO2激光器，YAG激光器。前者為連續輸出，熔覆用機一般在3KW以上;YAG激光為脈沖輸出，一般在600W左右。對于設備，一般使用者很難吃透，嚴重依賴(lài)生產(chǎn)方的服務(wù)，購買(mǎi)價(jià)格昂貴，維護成本、零部件價(jià)格很高，再加上設備穩定性和耐受性與國外比較普遍都有差距。因此激光熔覆機一般用在特殊領(lǐng)域，普通工業(yè)制造、維修領(lǐng)域難有效益。
3. 工藝特點(diǎn)
第一 前期處理：激光熔覆一般只需將工件打磨干凈，除油，除銹，去疲勞層等，比較簡(jiǎn)單。
第二 送粉：CO2激光器功率較大，一般用氬氣送粉;YAG激光功率小，一般用自然落粉的方式。這兩種方式在熔覆時(shí)都基本在水平位置形成熔池，傾斜稍大粉末便不能正常送達，激光的使用范圍受到限制，特別是YAG激光器。
第三 從熔池形成的狀態(tài)看：由于激光的控制精度高，輸出功率恒定，且沒(méi)有電弧接觸，所以熔池大小深度一致性好。
第四 加熱快冷卻快：影響金屬相形成的均勻度，也對排氣浮渣不利，這也是造成激光熔覆形成氣孔，硬度不均的重要原因，特別是YAG激光傾向更嚴重。
第五 材料選擇：由于不同材料對不同波長(cháng)激光的吸收能力不同，造成激光熔覆材料選擇限制較大，激光更適于鎳基自熔性合金等一些材料，對碳化物，氧化物的熔覆更困難一些。
二、 微束等離子熔覆特點(diǎn)
1. 技術(shù)特點(diǎn)：
微束等離子熔覆機所采用的等離子束，是一種電離弧，比弧焊機熱量更集中，所以加熱速度更快，為了獲得更集中的離子束，一般采用高壓縮比孔徑，小電流，以便控制基體溫度不致太高，避免引起退火變形。當然這與YAG激光器加熱速度無(wú)法比擬。由于等離子弧為連續工作，造成機體冷卻相對較慢，形成的過(guò)渡區域比激光熔覆要深一些，這對硬面材料熔覆來(lái)說(shuō)，應力會(huì )釋放的好一些。
2.設備特點(diǎn)：
微束等離子熔覆設備是在直流焊機的基礎上發(fā)展而來(lái)，其電源·噴槍·送粉器·擺動(dòng)器等，技術(shù)門(mén)檻低，容易制造，可靠性好，維護使用簡(jiǎn)單，耗電少，使用成本低，通用性好，生產(chǎn)成本低，適應性好，便于規�；a(chǎn)，效益顯著(zhù)，對環(huán)境要求低，對材料適應廣泛。隨著(zhù)電氣技術(shù)的進(jìn)步，我國的焊機技術(shù)水平已經(jīng)具備足夠的支持能力。另外設備體積小，重量小，焊槍可以手持把握，這使它使用起來(lái)更靈活方便，輔助工裝的造價(jià)便宜。
3. 工藝特點(diǎn)：
第一 前期處理簡(jiǎn)單：只需除銹去污去疲勞層即可。
第二 送粉：采用氬氣送粉，送分精度要求低，可以有一定的傾斜度。這樣就允許手工操作，對于金屬修復比較適用。
第三 微束等離子穩定性好：微束等離子的穩定性好，熔池的形成也易于控制，敷材與機體融合充分，區域過(guò)度較好。
第四 加熱和冷卻速度低于激光：熔融狀態(tài)維持時(shí)間長(cháng)，有利于金相組織均勻形成，排氣浮渣較好，在粉末噴出過(guò)程中就已經(jīng)加熱，且有氬氣和離子氣的保護，所以熔覆層均勻度更好，氣孔夾渣等缺陷更少。
第五 材料選擇：等離子加熱方式對材料限制少，材料選擇更廣泛，對碳化物，氧化物的熔覆更容易一些。
三、 關(guān)于熔覆中的幾個(gè)問(wèn)題
1. 關(guān)于焊接應力：我們必須建立一個(gè)概念，不管使用了什么樣的名詞(如焊接·堆焊·噴焊·熔覆等)都是在加熱的情況下，在金屬基體上的熔鑄，那么從加熱到熔鑄，再到冷卻這一過(guò)程中，必然產(chǎn)生應力。除了極特殊材料，一般影響最大的還是收縮應力，不同的焊接方式，無(wú)非是從加熱方式速度，填充材料和一些其它條件不盡相同。那么減少這種應力對基體及熔鑄層的影響，都是我們追求焊接質(zhì)量時(shí)要考慮的重要方面。我以為，收縮應力無(wú)法避免，那么應力釋放才是解決焊接應力問(wèn)題的關(guān)鍵。也就是說(shuō)這種收縮應力釋放到哪里，從機體到熔鑄區域應力如何分配，才是我們需要而且能夠解決的問(wèn)題。
2. 為什么激光焊接(熔覆)變形�。褐饕侨坭T區域小，過(guò)渡區域小，收縮量小。那么材料在收縮過(guò)程中所產(chǎn)生的收縮力，不足以使整個(gè)機體變形。這就是所謂激光熔覆不變性的原因(所以當機體尺寸過(guò)小時(shí)同樣會(huì )產(chǎn)生變形)這也是激光焊接(熔覆)的優(yōu)勢。那么這種焊接應力到哪里去了呢?它主要是釋放到熔鑄區域和過(guò)渡區域了。那么這就產(chǎn)生了兩個(gè)問(wèn)題。一是熔鑄區容易產(chǎn)生裂紋，所以激光熔覆對材料的延展性要求比較高，如鎳基粉末;二是過(guò)渡區應力大，由于激光焊接過(guò)程中加熱快冷卻快，產(chǎn)生的過(guò)渡區尺寸過(guò)小，造成這一區域應力集中，這就影響了激光焊接(熔覆)的結合效果。特別是在基體與焊材機械性能相差較大時(shí)，傾向更嚴重，甚至產(chǎn)生脫落現象，這就要求在激光熔覆時(shí)格外注意過(guò)渡層的材質(zhì)和厚度設計。
3. 為什么等離子熔覆(堆焊)不易產(chǎn)生裂紋·氣孔等缺陷：主要原因有三。一是等離子做熱源進(jìn)行熔覆(堆焊)與埋弧焊氣保焊等熱量更加集中，離子弧穩定性更好，沒(méi)有電極熔耗，輸出熱量均勻，便于控制，這樣使得熔鑄區熱量分布均勻，材料熔合充分均勻，排氣浮渣都充分，收縮應力分布均勻。二是由于等離子設備控制精度高，對熔鑄區和過(guò)渡區的控制方便，且均勻度好，應力分配更容易控制合理。三是用氬氣保護不需要各種添加劑，也不存在排氫，氧化等問(wèn)題，所以等離子熔覆(堆焊)更適合大面積，大厚度，高質(zhì)量的硬面熔鑄(如高錳·高鉻陶瓷材料等)適合于制造耐磨板、閥門(mén)、軋輥等。
4. 熔覆的工藝性：關(guān)于激光熔覆和等離子熔覆，有許多同行發(fā)表了很多文章，大部分都強調激光的優(yōu)勢，這也是大家所追求的目標。然而，多數是從微觀(guān)角度用金相分析的方法評價(jià)激光的。但凡事都有其兩面性，激光熔覆也有其劣勢。在工藝方面就有許多限制，在生產(chǎn)實(shí)際中更需要高的操作技能，給許多客戶(hù)造成困難。我認為主要是加熱快，冷卻快造成的熔覆層熔融時(shí)間過(guò)短造成光斑外緣和內緣差別大，組織形成不均勻，應力分配不勻，排氣浮渣不充分，造成硬度不均，易形成氣孔夾渣等問(wèn)題，難以獲得大面積完美的熔覆層，YAG激光尤其為甚。所以激光熔覆從選材到操作都應格外細致。等離子熔覆相對激光講輸入熱量大，基體變形量比激光大。但其熔融充分，硬度分布均勻，排氣浮渣徹底。材料選擇范圍廣，易于操作，易獲較為完好的整體熔覆層，成本低，效益好。因此在大面積，大厚度，熔覆方面有著(zhù)明顯優(yōu)勢。
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