一、激光熔覆特點(diǎn)

　　1.技術(shù)特點(diǎn)

　　激光熔覆重要特點(diǎn)是熱量集中，加熱快冷卻快熱影響區(qū)小，特別對(duì)不同材質(zhì)之間熔融有著其它熱源無(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(qū)域產(chǎn)生的組織結(jié)構(gòu)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講，而當(dāng)你對(duì)熔覆層和熱影響區(qū)進(jìn)行微觀分析時(shí)，你會(huì)看到另一種景象，這一點(diǎn)我將在后面講到。

　　2.設(shè)備特點(diǎn)

　　激光熔覆目前國(guó)內(nèi)采用采用兩種機(jī)型；CO2激光器，YAG激光器。前者為連續(xù)輸出，熔覆用機(jī)一般在3KW以上；YAG激光為脈沖輸出，一般在600W左右。對(duì)于設(shè)備，一般使用者很難吃透，嚴(yán)重依賴生產(chǎn)方的服務(wù)，購(gòu)買價(jià)格昂貴，維護(hù)成本、零部件價(jià)格很高，再加上設(shè)備穩(wěn)定性和耐受性與國(guó)外比較普遍都有差距。因此激光熔覆機(jī)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)

　　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(dá)，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(duì)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(yán)重。

　　第五材料選擇：由于不同材料對(duì)不同波長(zhǎng)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(duì)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(jī)所采用的等離子束，是一種電離弧，比弧焊機(jī)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(dāng)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(xù)工作，造成機(jī)體冷卻相對(duì)較慢，形成的過(guò)渡區(qū)域比激光熔覆要深一些，這對(duì)硬面材料熔覆來(lái)說(shuō)，應(yīng)力會(huì)釋放的好一些。

　　2.設(shè)備特點(diǎn)：

　　微束等離子熔覆設(shè)備是在直流焊機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，其電源·噴槍·送粉器·擺動(dòng)器等，技術(shù)門檻低，容易制造，可靠性好，維護(hù)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(yīng)性好，便于規(guī)?；a(chǎn)，效益顯著，對(duì)環(huán)境要求低，對(duì)材料適應(yīng)廣泛。隨著電氣技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)的焊機(jī)技術(shù)水平已經(jīng)具備足夠的支持能力。另外設(shè)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)：

　　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(duì)于金屬修復(fù)比較適用。

　　第三微束等離子穩(wěn)定性好：微束等離子的穩(wěn)定性好，熔池的形成也易于控制，敷材與機(jī)體融合充分，區(qū)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(zhǎng)，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(hù)，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(duì)材料限制少，材料選擇更廣泛，對(duì)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(yīng)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(yīng)力。除了極特殊材料，一般影響大的還是收縮應(yīng)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(yīng)力對(duì)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(yīng)力無(wú)法避免，那么應(yīng)力釋放才是解決焊接應(yīng)力問(wèn)題的關(guān)鍵。也就是說(shuō)這種收縮應(yīng)力釋放到哪里，從機(jī)體到熔鑄區(qū)域應(yīng)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）變形小：主要是熔鑄區(qū)域小，過(guò)渡區(qū)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(jī)體變形。這就是所謂激光熔覆不變性的原因（所以當(dāng)機(jī)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(shì)。那么這種焊接應(yīng)力到哪里去了呢？它主要是釋放到熔鑄區(qū)域和過(guò)渡區(qū)域了。那么這就產(chǎn)生了兩個(gè)問(wèn)題。一是熔鑄區(qū)容易產(chǎn)生裂紋，所以激光熔覆對(duì)材料的延展性要求比較高，如鎳基粉末；二是過(guò)渡區(qū)應(yīng)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(qū)尺寸過(guò)小，造成這一區(qū)域應(yīng)力集中，這就影響了激光焊接（熔覆）的結(jié)合效果。特別是在基體與焊材機(jī)械性能相差較大時(shí)，傾向更嚴(yán)重，甚至產(chǎn)生脫落現(xiàn)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(shè)計(jì)。

　　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(wěn)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(qū)熱量分布均勻，材料熔合充分均勻，排氣浮渣都充分，收縮應(yīng)力分布均勻。二是由于等離子設(shè)備控制精度高，對(duì)熔鑄區(qū)和過(guò)渡區(qū)的控制方便，且均勻度好，應(yīng)力分配更容易控制合理。三是用氬氣保護(hù)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、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(qiáng)調(diào)激光的優(yōu)勢(shì)，這也是大家所追求的目標(biāo)。然而，多數(shù)是從微觀角度用金相分析的方法評(píng)價(jià)激光的。但凡事都有其兩面性，激光熔覆也有其劣勢(shì)。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，給許多客戶造成困難。我認(rèn)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(nèi)緣差別大，組織形成不均勻，應(yīng)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(yīng)格外細(xì)致。等離子熔覆相對(duì)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，熔覆方面有著明顯優(yōu)勢(shì)。

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