光信0801 激光熔覆技术的应用

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1、激光熔覆技术的应用激光熔覆是一种新型的涂层技术，是涉及到光、机、电、材料、检测与控制等多学科的高新技术，是激光先进制造技术最重要的支撑技术，可以解决传统制造方法不能完成的难题，是国家重点支持和推动的一项高新技术。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，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。1.激光熔覆在航空零部件修复中的应用　　激光熔覆技术对飞机的修复产生了直接的影响，优点包括修复工艺自动化、低的热应力和热变形等。由于人们期待飞机寿命不断延长，需要更加复杂的修复和检修工艺。涡轮发动机叶片、叶轮

2、和转动空气密封垫等零部件，可以通过表面激光熔覆强化得到修复。例如，用激光熔覆技术修复飞机零部件中裂纹，一些非穿透性裂纹通常发生在厚壁零部件中，裂纹深度无法直接测量，其他修复技术无法发挥作用。可采用激光熔覆技术，根据裂纹情况多次打磨、探伤，将裂纹逐步清除，打磨后的沟槽用激光熔覆添加粉末的多层熔覆工艺填平，即可重建损伤结构，恢复其使用性能[10]。　　把受损涡轮叶片顶端修覆到原先的高度。激光熔覆过程中，激光束在叶片顶端形成很浅的熔深，同时金属粉末沉积到叶片顶端形成焊道。在计算机数值控制下，焊道层叠使熔覆层增长。与激光熔覆受损叶片不同的是，手工钨极氩弧堆焊的叶片堆焊后的叶片必须进行额外

3、的后处理。叶片顶端要进行精密加工以露出冷却过程中形成的空隙，而激光熔覆省去了这些加工过程，大大缩减了时间和成本。在航空领域，航空发动机的备件价格很高，因此在很多情况下备件维修是比较合算的。但是修复后零部件的质量必须满足飞行安全要求。例如，航空发动机螺旋桨叶片表面出现损伤时，必须通过一些表面处理技术进行修复。激光熔覆技术可以很好的用于飞机螺旋桨叶片激光三维表面熔覆修复。激光熔覆可以强化材料表面的合金熔覆层、提升合金表面的力学和化学性能。堆焊合金粉末是较理想的激光熔覆材料，具有很高的应用价值。堆焊合金粉末可以在激光束照射下快速地熔化，而后熔覆在航空零部件的表面。这个过程可以采用预置涂

4、层法，预置材料可以是丝材、板材、粉末等，最常用的材料为合金粉末。激光熔覆先将熔覆材料预置于基体表面的待熔覆部分，然后用激光束扫描熔化熔覆材料和基体表面来实现表面强化。　　熔覆区在激光束和送粉系统的作用下形成，基体材料和合金粉末决定了表面熔覆层的性质。激光直接照射在基体表面形成了一个熔池，同时合金粉末被送到熔池表面。氩气在激光熔覆的过程中也被送入熔池处以防止基体表面发生氧化。形成的熔池在基体表面，如果合金粉末和基体表面都是固态，合金粉末粒子接触到基体表面时会被弹出，不会黏着在基体表面发生熔覆；如果基体表面是熔池状态，合金粉末粒子在接触到基体表面时就会被黏着，同时在激光束作用下发生激

5、光熔覆现象，形成熔覆带。2.激光热处理/熔覆技术在机械、石化行业中的应用实例机器设备由于长期在恶劣环境下工作，容易导致零部件的腐蚀、磨损。典型的易失效零部件包括叶轮、大型转子的轴颈、轮盘、轴套、轴瓦等，其中许多零件价格昂贵，涉及的零部件品种很多，形状复杂，工况差异较大。还有大型火力发电机组的大型转子、动叶片与静叶片都是需要进行强化或者修复。大型转子与轮盘采用激光熔覆技术进行修复，不需要预热工件，就可以恢复轴颈的尺寸，而且后续加工量小，不产生冶金裂纹，硬度可以达到HRC60以上。轴类零件的激光熔覆与修复工艺（1）预处理工序：包括工件表面除油、除锈→喷砂清理（进一步清理）→熔覆前处理

6、（将需要激光熔覆的区域清洗干净，将存在明显缺陷的区域整平）；（2）质量检验工序：采用磁粉探伤、X射线探伤、荧光探伤或者显示剂探伤法对清洗干净的表面进行探伤，确定有无明显的缺陷区域存在。（3）激光熔覆：采用自主知识产权的合金粉末进行激光熔覆，不需要预热，不产生冶金裂纹，硬度最高可以达到HRC63。（4）后续加工处理：包括激光熔覆区域的抛磨修整与后处理；必要时喷耐磨涂层。（5）质量检验与验收：检验方法同步骤2，确认激光熔覆处理后零件表面无各种缺陷，即可进行验收。经过上述处理工序，可以将轴类零件复旧如新。大型齿轮的激光淬火/熔覆激光淬火齿轮与齿圈，热注入量小，齿轮或者齿圈的热变形小，不

7、降低齿轮的精度，不破坏齿面的表面粗糙度。采用激光熔覆技术可以直接对断齿等情况进行修复。大型齿轮的激光淬火与修复工艺（1）工艺流程:将大型齿轮装夹到激光加工机床上，清洗齿轮齿面的油污和锈斑；在需要激光加工的齿面及轴颈部分喷涂吸光涂料，再用激光加工程序对齿面（齿顶、齿根等）进行淬火处理。（2）淬火工艺参数：激光淬火后齿面的硬度范围可以控制在HRC35—45之间；淬硬层深度为0.4-0.6mm；激光功率2.0-3.5kw；淬火扫描速度为10–50mm/s。根据齿轮齿面、齿根和齿顶对材料