激光焊接熔覆PPT-
激光熔覆技术
激光熔覆技术
激光熔覆技术是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、 抗氧化及电器特性等的工艺方法。
激光熔覆技术
激光熔覆技术是一项新兴的零件加工于表面改型技术。具有较低稀释率、热影响区小、与基面形成冶金结合、熔覆件扭曲变形比较小、过程易于实现自动化等优点。激光熔覆技术应用到表面处理上,可以极大提高零件表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀、耐疲劳等机械性能,可以极大提高材料的使用寿命。同时,还可以用于废品件的处理,大量节约加工成本。激光溶覆应用到快速制造金属零件,所需设备少,可以减少工件制造工序,节约成本,提高零件质量,广泛应用于航空、军事、石油、化工、医疗器械等各个方面。
激光熔覆是一个复杂的物理、化学冶金过程,熔覆过程中的参数对熔覆件的质量有很大的影响。激光熔覆中的过程参数主要有激光功率、光斑直径、离焦量、送粉速度、扫描速度、熔池温度等,他们的对熔覆层的稀释率、裂纹、表面粗糙度以及熔覆零件的致密性都有着很大影响。同时,各参数之间也相互影响,是一个非常复杂的过程。必须采用合适的控制方法将各种影响因素控制在溶覆工艺允许的范围内。
随着控制技术以及计算机技术的发展,激光熔覆技术越来越向智能化、自动化方向前进。国外在这方面做的比较好。从直线和旋转的一维激光熔覆,经过X和Y两个方向同时运动的二维熔覆,到上世纪90年代初开始向三维同时运动熔覆构造金属零件发展。如今,已经把激光器、五轴联动数控激光加工机、外光路系统、自动化可调合金粉末输送系统(也可送丝)、专用CAD/CAM软件和全过程参数检测系统,集成构筑了闭环控制系统,直接制造出金属零件。标志着激光熔覆技术的发展登上了新的台阶。各国在激光控制方面的研究的新成果往往都以专利的形式进行保护, 如高质量的同轴送粉熔覆系统以及闭环反馈控制系统等。国内西北工业大学、清华大学、北京工业大学、上海交通大学和中国科学院等单位在激光熔覆过程控制方面做了许多研究工作,国内还有许多单位正在积极开展这方面的研究工作。清华大学机械系激光加工研究中心己研制出适合于直接制造金属零件的各种规格的同轴送粉喷嘴和自动送粉器,已申请相关发明专利两项。中科院已经开发出集成化激光智能加工系统。但相对国外的研究和开发水平,国内在控制方面的研究还处在起步阶段,控制措施和手段还不完善。对激光熔覆融池温度的闭环控制鲜有报道,对熔覆质量的闭环控制系统研究的并不充分。
激光熔覆技术及其应用(上)
激光熔覆技术及其应用（上）
原中国航空精密机械研究所 （北京１０００７６） 荣烈润
一、概述
１．激光熔覆技术的基本原理
激光熔覆（也称激光色覆）是材料表面改性
技术，其原理是先在基材表面熔覆一层具有特
殊物理、化学或力学性能的材料，利用高功率
密度激光束（１０４—１０６Ｗ／ｃｍ ）辐照金属表面，
通过迅速熔化、扩展及迅速凝固（冷却速度可达 １０ ～１０６Ｋ／ｓ），从而在材料表面构成一种新的复
合材料，以弥补基体材料所缺少的高性能，这种
复合材料可充分发挥两者的优势，弥补相互间的
不足。 激光熔覆与合金化都是利用高功率密度的激光
束所产生的快速熔凝过程，在基材表面形成与基材
相互熔化的且具有完全不同成分与性能的合金覆
层。两者的差别仅在于：激光熔覆中覆层材料完全
熔化，而基材熔化层极薄，因而对覆层的成分影响
极小；而激光合金化则是基材的表面熔融层内加入
合金元素，从而形成以基材为基础的新的合金层。
２．激光熔覆技术的特点
激光熔覆可根据工件的工况要求，熔覆各种设
计成分的金属或非金属，制备耐热、耐蚀、耐磨、
抗氧化、抗疲劳，或具有光、电、磁特性的表面覆
层。与工业中常用的堆焊、热喷涂及等离子喷焊等
相比，具有以下优点：①熔覆热影响区小，工件变
形小，熔覆成品率高。②熔覆层晶粒细小，结构紧
密，其硬度相对较高，耐磨、耐蚀性等较好。③由
于激光作用时间短（纳秒级），基体的熔化量较
小，对熔覆层的稀释率相对低（５％～８％），故可
在熔覆层比较薄的情况下，获得所要求的成分及性
能，从而节省昂贵的覆层材料。④高的冷却速度
（可达１０。Ｋ／ｓ）使凝固组织细化，甚至产生新性能
的组织结构，如亚稳态、非晶态、超弥散态等。⑤ 激光熔覆过程易实现自动化，且熔覆层质量稳定。
３．激光熔覆技术的理论基础
在激光熔覆技术中，除基体与粉末，工艺参数
也对涂覆层的质量影响显著，如保护气体种类及流
量（影响熔覆层的形貌、深度及界面稀释率）、粉
实验12-激光熔覆
实验目的
1、 熟悉激光熔覆的概念、特性和基本方法；
2、 了解激光熔覆所涉及的激光器、加工机床、送粉器和喷嘴；
3、 用侧向送粉法在45钢表面进行镍基合金的激光熔覆，优化工艺参数获得良好的熔覆层；
4、 测量熔覆曾的尺寸，观察显微组织。
实验内容
1. 采用侧向送粉法进行激光熔覆实验，基体材料为45钢，熔覆材料为NiCrSiB合金粉末；
2. 改变激光功率、光斑大小、扫描速度和送分量，得到不同尺寸的熔覆层，优化参数得到
外观饱满光洁的熔覆层；
3. 测试熔覆曾的外形尺寸，总结熔覆层外形与工艺参数的关系，观察熔覆层的显微组织。
4.
实验原理
激光熔覆是一种基于高能激光束的先进涂层制备技术。用高能激光束局部融化材料的表
面薄层形成熔池、同时向熔池中添加一种或几种合金混合粉末，形成与基体牢固冶金结合的
高性能涂层，涂层材料自成冶金体系，基体对涂层的稀释率很低，能够在保持基体材料韧性
的同时有目的的实现局部表面的高耐磨性、耐蚀性、抗高温氧化等多种性能，最大限度的实
现材料表面与整体、强度与柔韧的良好有机结合，是近些年来材料和激光加工领域的研究前
沿。
激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类，即预置式激光熔覆和同步式激光熔
覆。预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束辐照扫描
熔化，熔覆材料以粉、丝、板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用。同步式激光熔覆则
是将熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式
送入，有的也采用线材或板材进行同步送料。
预置式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---预置熔覆材料---预热---激光
熔化---后热处理。
同步式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---送料激光熔化---后热处理。
按工艺流程，与激光熔覆相关的工艺主要是基材表面预处理方法、熔覆材料的供料方法、
预热和后热处理。
2 / 7 实验设备和材料
激光熔覆技术 2
激光熔覆技术
介绍了激光熔覆技术的发展、应用、设备及工艺特征，简述了激光熔覆技术的国内外探究目前状况，指出了激光表面改性技术存在的新问题，展望了激光熔覆技术的发展前景。
0引言
激光熔覆技术是20世纪70年代随着大功率激光器的发展而兴起的一种新的表面改性技术，是指激光表面熔敷技术是在激光束功能下将合金粉末或陶瓷粉末和基体表面迅速加热并熔化,光束移开后自激冷却形成稀释率极低,和基体材料呈冶金结合的表面涂层,从而显著改善基体表面耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的一种表面强化方法[1~3]。如对60#钢进行碳钨激光熔覆后，硬度最高达2200HV以上，耐磨损性能为基体60#钢的20倍左右。在Q235钢表面激光熔覆CoCrSiB合金后，将其耐磨性和火焰喷涂的耐蚀性进行了对比，发现前者的耐蚀性明显高于后者[4]。
激光熔覆技术是一种经济效益很高的新技术,它可以在廉价金属基材上制备出高性能的合金表面而不影响基体的性质，降低成本,节约珍贵稀有金属材料，因此,世界上各工业先进国家对激光熔覆技术的探究及应用都非常重视[1-2、5-7]。
1激光熔覆技术的设备及工艺特征
目前应用于激光熔覆的激光器主要有输出功率为1~10kW的CO2激光器和500W左右的YAG激光器。对于连续CO2激光熔覆,国内外学者已做了大量探究[1]。近年来高功率YAG激光器的研制发展迅速,主要用于有色合金表面改性。据文献报道,采用CO2激光进行铝合金激光熔覆,铝合金基体在CO2激光辐照条件下轻易变形,甚至塌陷[1]。YAG激光器输出波长为μm,较CO2激光波长小1个数量级,因而更适合此类金属的激光熔覆。
同步注粉式激光表面熔覆处理示意图[8]
激光熔覆按送粉工艺的不同可分为两类:粉末预置法和同步送粉法。两种方法效果相似,同步送粉法具有易实现自动化控制,激光能量吸收率高,无内部气孔,尤其熔覆金属陶瓷,可以显著提高熔覆层的抗开裂性能,使硬质陶瓷相可以在熔覆层内均匀分布等优点。
碳化钨激光熔覆技术
碳化钨激光熔覆技术
碳化钨激光熔覆技术是一种通过激光熔覆技术在材料表面形成碳化钨涂层的技术。该技术利用高能激光束将碳化钨粉末与基材表面熔化，形成具有优异耐磨、耐高温和耐腐蚀性能的涂层，以提高材料的使用性能和寿命。
碳化钨激光熔覆技术的优点包括：
1. 优异的耐磨性：碳化钨涂层具有极高的硬度和耐磨性，可以有效地抵抗各种磨损和摩擦，延长材料的使用寿命。
2. 耐高温：碳化钨涂层具有较好的耐高温性能，可以在高温环境下保持较好的稳定性和强度。
3. 耐腐蚀：碳化钨涂层对酸、碱、盐等化学腐蚀介质具有较好的耐受性，可以有效地保护基材不受腐蚀。
4. 降低成本：该技术可以在不改变基材结构的前提下，仅在表面进行处理，从而降低制造成本。
5. 提高材料性能：通过碳化钨激光熔覆技术，可以使材料的物理和机械性能得到显著提高。
碳化钨激光熔覆技术的应用范围广泛，包括航空航天、石油化工、汽车制造、矿山机械、港口码头、电力工业等领域。它可以用于修复磨损或损坏的部件，提高其使用性能和寿命；也可以用于制备耐腐蚀、耐高温的涂层，提高材料的环境适应性。
激光熔覆技术工艺及案例分析
在很长一段时间内，传统的工业制造加工或者再修复，需要通过电镀技术，这一技术虽然曾一度在金属表面防护、装饰加工等方面发挥了很大的作用，但长期以来带来的污染问题让许多制造企业头疼不已，因此为减少污染，新的激光熔覆技术受到人们的欢迎。
激光表面熔覆具有能量密度高，熔覆质量致密，结合强度高，熔覆层组织的稀释率低、热影响区小等特点。激光表面熔覆为非接触式加工且输入热量可控，采用的规范激光修复方法可以解决其它焊接方法造成焊接残余应力和开裂倾向。因此可以先采用机械加工的方法去除牌坊表面的腐蚀层和磨损的疲劳层，然后选取耐腐蚀性和耐磨性都优于基材的粉末，采用激光熔覆的方法对牌坊进行修复，这样既避免了多次去除材料给牌坊造成的强度下降的缺陷，又避免了堆焊造成的因应力集中导致的变形问题，而且提高了牌坊的耐腐性和耐磨性。
激光熔覆技术是使用激光将金属粉末直接熔融，逐层沉积成型。激光熔覆技术完成的熔覆涂层冶金质量高、稀释率低、变形小、表面光洁度高，属于先进环保的再制造加工技术，在工业再制造领域极大地减少企业的后续机加工成本，能有效延长产品使用周期，在钢铁行业轧机牌坊修复中大受欢迎。
现场激光修复案例分析
1、修复加工方法
因为轧机机架体积及重量大，附属管路等多，拆卸、安装、运输繁杂，另外有大修时间限制。轧机牌坊材质是ZG25，设计使用寿命年限为40年，牌坊工作面腐蚀失效深度1~2.5mm。通过现场勘察及使用工况的调研，综上因素，在考虑满足使用要求的前提下，确定针对轧机牌坊现场修复方法为：
通过在线机械加工，去除牌坊失效工作面（四块衬板下面及两个轧机轴承座底面）表面腐蚀疲劳层，上半面腐蚀较轻，下半面较严重，平均铣去大约2或3mm的深度，为激光熔覆前基体表面处理做准备。在通过机械加工去除材料，清除牌坊表面腐蚀层过程中，要保证恢复失效工作面（和安装面）的垂直度、平面度及粗糙度要求。再通过激光熔覆技术将特殊耐腐蚀材料熔覆到前面加工的基体表面，彻底改变了牌坊表面的特性。预计熔覆涂层寿命在十年以上，避免了对牌坊表面频繁的机加工修复带来的危害，彻底解决轧机牌坊磨损腐蚀的难题。
激光熔覆
第五章 激光延寿技术
5.1激光熔覆表面处理技术
2、熔覆层的气孔和裂纹问题
熔覆层中的气孔是常见的缺陷。空气和保护气中的水分以及涂层（或粉）中吸附的水分是产生气孔的主要原因。在激光加热时，金属表面的预涂层中的水将逐步分解。分解出的水分和空气及保护气中的水分可以在激光作用的高温区直接分解产生H。
同时，涂层中的碳粉也会和金属氧化物发生氧化还原反应产生二氧化碳。
这些H溶入过热的激光熔覆的熔池中，随后在熔池的冷却结晶过程中析出而形成气泡，这些气泡如不能上浮逸出则成为焊接气孔。由于激光熔覆速度高，熔池的体积又很小，因此熔池的冷却结晶速度极快，不利于气泡的上浮逸出。
从冶金原理知道，对于一般熔覆火花，为防止产生气孔，可以从两方向着手：第一，限制氢溶入焊接熔池，或者减少氢的来源，或者减少氢与熔池的作用时间。第二，尽量促使氢从熔池析出，即在熔池凝固之前使氢以气泡形式及时排出。可以采取的办法：减少氢的来源即是彻底清除涂层中的水分，并加强对熔池的保护；减少熔池吸氢时间也就是减少熔池的存在时间，其中焊接速度是主要参数；对表面进行激光重熔处理。产生裂纹的原因为工艺原因、显微组织因素和残余应力。可以采取合适的办法降低裂纹的发生。如选择合适的熔覆材料，使熔覆层内的残余应力降低；优化激光熔覆技术的工艺方法和参数；合理设计熔覆层等。图2（a，b）是应用不同的掺杂和工艺参数获得熔覆层的裂纹检测。图2掺杂5％，10％合金。 HOHOH)(2汽2COMCOMyx
图2 掺杂5％，10％合金粉末在不同功率下熔覆层裂纹检测
3、激光熔覆工艺参数与优化
脉冲激光可调参数较多，包括单脉冲能量、脉冲宽度、脉冲频率、光斑尺寸、光斑重叠率及激光扫描速度等，这些参数并不是孤立存在的，它们之间的关系以及对溶覆涂层质量的影响较复杂，因此在选择激光工艺参数时需综合考虑各参量，以获得满意的处理效果。
1．1激光工艺参数对熔覆层尺寸的影响
熔覆焊接技术
熔覆焊接技术
熔覆焊接技术是一种常用于金属表面涂覆、修复和加固的高效焊接方法。本文将介绍熔覆焊接技术的原理、应用领域以及常见的熔覆焊接方法。
一、熔覆焊接技术的原理
熔覆焊接技术是利用高能热源将涂敷材料加热熔化，然后在基体上形成冷凝层的过程。熔覆焊接技术的原理主要包括以下几个方面：
1. 热源加热：使用不同的热源加热涂敷材料，常用的热源包括电弧、激光、等离子和电子束等。热源的选择需根据具体的工件性质和要求进行。
2. 涂敷材料：熔覆焊接涂敷材料一般是由基体材料和表面涂层材料组成。基体材料一般为金属，而表面涂层材料则有许多种选择，常见的有硬质合金、不锈钢、镍合金等。
3. 冷凝层形成：涂敷材料被加热熔化后，与基体接触，形成冷凝层。冷凝层与基体的连接牢固，可以起到保护和增强的作用。
二、熔覆焊接技术的应用领域
熔覆焊接技术在许多领域都有广泛的应用，主要包括以下几个方面：
1. 工件修复：熔覆焊接技术可以用于修复损坏的工件表面。比如，当机械设备的工作部位受到磨损或腐蚀时，可以利用熔覆焊接技术进行修复，延长工件的使用寿命。 2. 涂层加固：熔覆焊接技术可以在工件表面形成一层坚固的涂层，提高工件的耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性。特别是在航空航天、汽车制造等领域，熔覆焊接技术的应用非常广泛。
3. 金属复合材料制备：熔覆焊接技术可以将两种或多种不同材料进行复合，形成新的金属复合材料。这种材料既具有各种材料的优点，又能克服各种材料的缺点，广泛应用于航空航天、电子等领域。
三、常见的熔覆焊接方法
熔覆焊接技术有多种方法，以下是几种常见的熔覆焊接方法。
1. 火焰喷涂：火焰喷涂是将涂敷材料加热至熔化状态，然后利用高速气流将其喷射到基体上。火焰喷涂适用于大面积的涂敷和加固。
2. 电弧熔覆：电弧熔覆是利用电弧加热涂敷材料，并与基体融合。电弧熔覆适用于大部分金属材料的涂敷和加固。
3. 等离子熔覆：等离子熔覆是利用等离子电弧将涂敷材料加热至熔化状态，并在基体上形成冷凝层。等离子熔覆具有高能热源、温度均匀等优点。
激光熔覆工艺方法以及熔覆材料现状-模板
激光熔覆工艺方法以及熔覆材料现状
激光熔覆技术的研究始于20世纪70年代,美国AVCO公司就汽车发动机许多易磨损件进行了激光熔覆技术的研究。按熔覆材料的供给方式不同，激光熔覆工艺方法分为两种：激光熔覆合金预置法和合金同步送粉法。熔覆材料的加入形式通常有粉末、丝材、板材三种，其中以粉末的形式最为常用。
关键词：激光熔覆，工艺方法，熔覆材料
1. 激光熔覆技术
激光熔覆技术的研究始于20世纪70年代, 美国AVCO公司就汽车发动机许多易磨损件进行了激光熔覆技术的研究。1981年英国公司成功在喷气发动机叶片上涂覆钴基合金面并显着提高了其耐磨性。由于这一新技术具有巨大的发展潜力，并能产生较大的经济效益，因此，在生产中获得了广泛推广及应用。
激光熔覆技术在目前材料表面改性技术中应用较广泛。激光熔覆是在基体上添加不同成分的材料，利用高能激光束辐照基体，熔覆粉末和基体形成一薄层，这一薄层快速熔化并凝固成形，且基体对熔覆层稀释度极低，因此熔覆层与基体冶金结合良好，可以制备耐热、耐蚀、耐磨、抗氧化、抗疲劳或具有光、电、磁特性的表面保护涂层。
2. 激光熔覆工艺方法
按熔覆材料的供给方式不同，激光熔覆工艺方法分为两种：激光熔覆合金预置法和合金同步送粉法。科技论文。
合金预置法
合金预置法是在基体的表面上通过一些方法将预涂材料置于其上，然后采用高能激光束辐照，涂层表面吸收能量使熔覆部位迅速升温、气化和熔化，激光束离开后，熔覆层与基体呈现良好的冶金结合。
熔覆材料的加入形式通常有粉末、丝材、板材三种，其中以粉末的形式最为常用。预置法一般包括粘结法和热喷涂法。对于粉末类材料，预置的两种方法都可以。热喷涂主要优点是喷涂效率高、容易控制沉积厚度的均匀性，且与基材接合牢固，这种方法不足之处是粉末利用率低，受工件形状限制和成本相对较高。粘接法是利用粘结剂，在基底材料的表面上，将粉末调和成膏状涂上，这种方法的不足之处在于效率低，很难得到厚度均匀的涂层，可能会妨碍熔化或引起过渡稀释；同时由于沉积层的导热性不好，会消耗更多的能量；通常仅对熔覆面积较小的工件适用，这种方法在实验室里采用。对于丝类合金材料，既可利用预置粘结法，也可利用热喷涂法进行喷涂，但板类合金材料主要利用预置粘结法。科技论文。
激光熔敷综述
激光熔覆技术综述
摘要：激光表面处理可通过相变强化、熔凝、冲击强化等工艺来改变基材表层的显微组织及结构，也可以通过熔覆及合金化等处理技术来同时改变基材表层的化学成分和显微组织及结构，从而同时或分别提高金属材料及零部件的表面硬度、耐磨性、耐蚀性、耐疲劳性和高温性能，其中激光熔覆及合金化具有较大的工业应用价值及发展潜力，受到较大的关注。本文将对激光熔覆技术做简单的综述。
关键词：激光熔覆、应用、综述
1. 引言
激光是一种具有高单色性、高方向性、高相干性和高亮度的电磁波。激光束由一系列反射镜和透镜来控制，聚焦成直径很小的光斑(0.1mm)，从而获得极高的功率密度(104~109W/mm2)。激光束材料表面改性技术是利用大功率密度激光束，以非接触方式加热材料表面，借助于材料本身的热传导进行冷却，在材料表面形成一定厚度的处理层，从而提高材料的力学性能、冶金性能、物理性能等，以满足各种不同的使用要求，它属于表面工程领域中的表面改性技术。
激光表面熔覆也叫激光涂覆或激光包覆，它是材料表面改性的一种重要方法,
它是快速凝固过程，通过在基材表面添加熔覆材料，利用高能量密度激光束将不同成分和性能的合金与基材表层快速熔化，在基材表面形成与基材具有完全不同成分和性能的合金层。激光熔覆层因具有良好的结合强度和高硬度，在提高材料的耐磨损方面显示了优越性。近年来，激光表面熔覆技术发展迅速，成为材料表面工程领域的前沿[1]。
2. 激光表面熔覆的工艺方法
激光熔覆依据合金供应方式的不同，可将激光熔覆分为两大类：预置法和同步送粉法，如图1所示[2]。
预置式涂层法是先将粉末与粘结剂混合后以某种方法预先均匀涂覆在基体表面，然后采用激光束对合金涂覆层表面进行照射，涂覆层表面吸收激光能量使温度升高并熔化，同时通过热量传递使基体表面熔化，熔化的合金快速凝固在基材表面，形成冶金结合的合金熔覆层。
预置涂层法的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理—预置熔覆材料—预热—激光熔化—后热处理[ 3]。