高速激光熔覆工藝知識(shí)要點(diǎn)及各種工藝問(wèn)題的原因分析
1. 高速激光熔覆的工作原理
高速激光熔覆是利用高能激光束將金屬粉末流在空中熔化,同時(shí)也將基體熔化形成熔池,熔化的粉末和熔化的基體結(jié)合后,冷卻形成冶金結(jié)合的涂層。
2. 高速激光熔覆的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)及其對(duì)熔覆效果的影響
(1)激光功率:功率大小直接影響單位時(shí)間內(nèi)可以熔化的粉末量,影響熔覆效率。在其他工作參數(shù)確定時(shí),功率過(guò)小,可能會(huì)導(dǎo)致粉末熔化不徹底,磨拋后出現(xiàn)麻點(diǎn),結(jié)合力不夠,涂層硬度偏低;功率過(guò)大,有可能熔道過(guò)熔,導(dǎo)致表面出現(xiàn)斜皺紋。
(2)送粉量:粉流與激光相遇后,吸收激光能量。粉量越大,吸收的激光能量越多。粉量過(guò)大時(shí),會(huì)導(dǎo)致激光能量不足,出現(xiàn)涂層熔不透,磨拋后出現(xiàn)麻點(diǎn),還會(huì)出現(xiàn)基體不能熔化,涂層和基體不能實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合,導(dǎo)致涂層脫皮問(wèn)題。粉量大,粉末利用率低;粉量小,粉末利用率高。(3)線速度:線速度越大,熔覆越薄,線速度越小,熔覆越厚。線速度過(guò)大,會(huì)導(dǎo)致基體不能形成熔池,涂層和基體不能很好冶金結(jié)合,熔道冷卻慢,紅色尾巴過(guò)長(zhǎng),出現(xiàn)脫皮現(xiàn)象。線速度小可提高涂層硬度以及粉末利用率。
(4)步進(jìn):步進(jìn)越小,搭接率越大,涂層表面越細(xì)膩;步進(jìn)越大,搭接率越小,涂層條紋越明顯。步進(jìn)影響稀釋率,步進(jìn)小時(shí),照射到基體上的激光能量小,稀釋率低;步進(jìn)大時(shí),照射到基體上的激光能量多,稀釋率高。
(5)送氣量:氣體有兩個(gè)作用,一是輸送粉末,二是保護(hù)高溫涂層,防止氧化。送粉氣量過(guò)小,容易堵粉;送粉氣量過(guò)大,粉末速度過(guò)快,彈射大,粉末利用率低。一般情況下,氬氣比氮?dú)鈱?duì)涂層的保護(hù)更好,涂層質(zhì)量更高。
(6)噴嘴高度:噴嘴過(guò)高,粉末發(fā)散大,粉末利用率低;過(guò)低,熔覆過(guò)程噴嘴容易粘粉。
3. 高速激光熔覆過(guò)程中容易出現(xiàn)的幾個(gè)問(wèn)題及其可能原因
(1)脫皮
這是由于基體沒(méi)有形成熔池,粉末與基體沒(méi)有冶金結(jié)合,可能的原因有:功率過(guò)低;粉量過(guò)大;線速度過(guò)快;工件表面有油污或電鍍層等。
(2)裂紋
涂層出現(xiàn)裂紋的原因有:基體硬度過(guò)高(淬火、滲碳/氮);基體有疲勞層;粉末硬度過(guò)高等。鎳基粉末容易出現(xiàn)裂紋;硬度高的粉末多層熔覆時(shí),也會(huì)出現(xiàn)裂紋。
(3)氣孔
涂層出現(xiàn)氣孔的原因有:基體有銹跡油污;粉末有雜質(zhì);粉流不穩(wěn);粉量過(guò)大;功率不夠;或線速度過(guò)大等。
(4)浮粉多,涂層無(wú)金屬光澤
可能的原因有:粉量過(guò)大;功率過(guò)小;線速度過(guò)快;噴嘴高度過(guò)高;激光光斑過(guò)小;鏡片污染等。
(5)磨拋后出現(xiàn)麻點(diǎn)
可能的原因有:功率不夠;粉量過(guò)大;線速度過(guò)快等。
(6)涂層出現(xiàn)斜皺紋
可能的原因有:功率過(guò)大;熔池溫度過(guò)高;粉末過(guò)度液化。
(7)噴嘴粘粉
可能的原因有:粉末彈射太高;銅頭溫度過(guò)高;噴嘴工作距離過(guò)低,噴嘴表面太粗糙或污染(建議拋光處理)。熔覆頭偏離中心放置,有利于減少粘粉現(xiàn)象。
(8)堵粉
可能的原因有:粘粉沒(méi)有及時(shí)清除;粉末流動(dòng)性不好;粉末有雜質(zhì)或粉末受潮(要烤干)等。在多路送粉時(shí),各路送粉不均等是堵粉的重要原因。
(9)熔覆時(shí)有滋滋聲
可能的原因有:粉末受污染;粉末受潮;基體不干凈等。功率密度過(guò)大也會(huì)導(dǎo)致熔池金屬氣化,產(chǎn)生熔覆噪聲。這些問(wèn)題會(huì)影響涂層防腐性。
(10)熔覆火花飛濺大
可能的原因有:線速度過(guò)大;功率密度過(guò)大;功率和粉量不匹配;氣流量過(guò)大等。
(11)粉流不穩(wěn),進(jìn)而導(dǎo)致涂層不平整
粉流不穩(wěn)的原因有:刮板磨損大;送粉通道堵塞;氣流過(guò)小;送粉器密封圈處密封不好或送粉管破損等導(dǎo)致漏氣等。
(12)熔覆效率下降(涂層厚度變薄)
可能的原因:保護(hù)鏡污染;刮板磨損;工作距離不合適;出粉孔被磨大,粉流變粗;激光功率下降等。
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