高速激光熔覆修復加工工藝參數

　高速激光熔覆是一種快速激光表面處理技術，主要涉及技術參數分為兩個方面，一是激光熔覆過程中，設備的調試設置參數，稱為加工參數;二是熔覆完成后，對熔覆效果質量的測評衡量參數，稱為檢測參數。

　　一、加工參數主要包括激光功率、光斑形狀、光斑尺寸、加工距離、搭接率、熔覆速度、送粉方式、保護氣氣壓共 8 項關鍵參數。

　　1、激光功率，激光器單位時間內輸出的能量。

　　2、光斑形狀，常見的光斑形狀分圓形和矩形兩種，用戶根據加工對象特點選擇使用。

　　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。加工距離過遠，金屬粉末容易發散，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高，嚴重造成粉末堵塞。

　　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，從而影響了整個熔覆層。高速熔覆的搭接率高達 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形送粉。

　　8、保護氣氣壓，保護氣壓力大小加工時可調。保護氣一般使用氮氣或氬氣，主要用于送粉以及在激光熔覆熔池周圍形成保護區域，減少氧化。

　　二、檢測參數是在高速熔覆完成后，對熔覆層質量好壞的衡量參數，主要包括孔隙率、硬度、結合強度、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動角度有關，一般來說粉末運動速度慢熔覆層的孔隙率會大。

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

　　3、結合強度，高速激光熔覆層與基體為冶金結合，即熔覆層和基體的界面間原子相互擴散而形成結合，這種結合是在激光作用基體和金屬粉末產生高溫以及粉末高速運動的狀態下形成的。高速激光熔覆層與基體結合強度可高達 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表示。稀釋率對熔覆層性能有較大的影響，高速熔覆工藝中，可通過金屬粉末流量、光功率密度、熔覆速率調節來控制稀釋大小。

　　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，會在使用中開裂形成裂紋。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差異的大小和熔覆層與基體結合強度。

　　6、表面粗糙度，熔覆層表面的平整程度，工藝測試中，激光光能量密度、送粉量大小和載氣流壓力均會影響表面粗燥度，三者都存在一個參數值區間，數值設置過高或過低均會導致表面平整程度降低。實際對基材進行高速激光熔覆加工時，需根據粉末基材特性，進行合適的加工參數設置從而使各項檢測參數達標，滿足應用需求。