激光熔覆再制造技术介绍和应用分析

激光熔覆再制造技术介绍和应用分析 

随着现代科学技术和工业不断发展，对零部件工作的环境也越来越趋于复杂化，表面性能的要求越来越高，因此零件报废率大大增多。通常因为表面失效而报废的零件有：转子叶片、轴类零件、齿轮类零件、模具等。

在零部件整体性能满足工况的条件下仅是表面损伤的零部件都是可以修复。如果能对因误加工或服役损伤而致使报废的零件进行修复，不仅能够挽回巨大的经济和时间损失，还可以提高资源的利用率，符合我国可持续发展的战略。

目前零部件修复的方法有激光熔覆、真空钎焊、真空涂层法、钨极惰性气体保护焊（TIG）和等离子体熔覆修复等方法 。激光熔覆是根据工件的工况要求，熔覆各种设计成分的金属或者非金属，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。激光熔覆是一种快速冷却的过程，熔覆过程中对修复工件的热输入量少，热影响区小，熔覆层组织细小，易于实现自动化等，因此使用激光熔覆的方法来修复转子等零部件比其它的方法具有更大的优势。激光熔覆技术解决了传统电焊、氩弧焊等热加工过程中不可避免的热变形、热疲劳损伤等一系列技术难题，同时也解决了传统电镀、喷涂等冷加工过程中覆层与基体结合强度差的矛盾，这就为表面修复提供了一个很好的途径。

工艺简介

针对磨损，腐蚀，蠕变，疲劳，断裂失效的机械零部件，采用激光熔覆技术，将合金粉末同步送入熔池，快速凝固形成具有特殊性能的熔覆层。熔覆层无气孔和裂纹缺陷，硬度范围20～60HRc，满足各种工况条件及使用性能要求。适合各类复杂形状大型零件熔覆／再制造，恢复失效零件尺寸和性能，升级表面性能，延长使用寿命

工艺特点

1、低热量输入，热影响区小，变形小，只需少量机加工；

2、减少合金材料损失；

3、稀释率小于1％，可保持熔覆层特定性能；

4、柔性化、自动化，加工周期短，成本低，性能可优于新品；

5、与基体冶金结合，具有高的结合强度；

6、使用特殊合金粉末，熔覆层可具有耐磨、耐腐蚀、耐疲劳等特性；

7、熔覆层组织具有完整细粒度结构，具有优异的强度和韧性。

激光熔覆应用分析

转子叶片的修复

转子叶片又称动叶，是随同转子高速旋转的叶片，通过叶片的高速旋转实现气流与转子间的能量转换。转子叶片承受很大的质量惯性力、较大的气动力和振动载荷，还要承受环境介质的腐蚀与氧化，以及高速运行微小粒子的冲蚀，但加工比较困难，涡轮转子叶片还要在高温状态下工作。转子叶片是直接影响发动机性能、可靠性和寿命的关键零件，并且其工作条件十分恶劣容易损坏，所以对材料性能的要求也大大的提高，同时提高了材料的经济成本，也为其做修复带来广阔的市场。激光熔覆工艺在转子叶片上的应用已经的到了很好的研究，这也为其在修复方面的应用提供了有利的前提。

轴类零件的修复

通常轴类零件主要失效的原因有轴变形、轴断裂、轴表面失效。研究表明，发电机转轴、各种传动轴等轴类零件的破坏主要是以磨损为主的。其中轴变形、轴断裂是不可以修复的，而以磨损为主的表面失效是可以修复的。采用大功率激光熔覆修复技术，可在轴类零件表面失效的部分，激光熔覆一层铁基合金材料，使得熔覆合金层的零件表面有良好的机械性能，将报废的零件再次使用。

模具类的修复

模具在铸造成型和塑料成型加工中起着重要作用，其制造工艺复杂，生产周期长，加工成本高。因此，对失效模具进行修复再利用，无疑有着显著的经济效益。模具使用寿命取决于抗磨损和抗机械损伤能力，一旦磨损过度或机械损伤，须经修复才能恢复使用。激光熔覆已成为修复模具的研究热点，备受国内外学者关注。

激光熔覆实现对模具的表面磨损进行修复的方法可以归结为：用高功率激光束以恒定功率P 与热粉流同时入射到模具表面上，一部分入射光被反射，一部分光被吸收，瞬时被吸收的能量超过临界值后，金属熔化产生熔池，然后快速凝固形成冶金结合的覆层。激光束根据CAD二次开发的应用程序给定的路线，来回扫描逐线逐层地修复模具。特别是经过修复后的模具几乎不需再加工。

应用领域

应用于电力（汽轮机转子、叶片）、矿山（齿轮、钻头、液压杆）、机械（轴类、齿轮）、石化、船舶（曲轴、发动叶片、凸轮轴）、机车（轴、汽轮机叶片、转向架、活塞）、模具（冲压模、锻模、压铸模）等行业失效零件，再制造产品质量可靠，具有良好的经济效益和社会效应。

文中提到的超高速激光熔覆技术，还要分为外壁激光熔覆技术以及内壁激光熔覆技术。

超高速激光熔覆主要用于轴类、盘类等零件表面耐蚀、耐磨或其他特殊性能涂层的快速制备，如油缸、立柱、轧辊、主轴、刹车片等，在煤机、交通、炼钢、海洋平台、钻采、重型机械等多个行业均有大量应用需求。不仅用于新零件的制造，也可用于在役零件的表面维修与在制造。

内壁激光熔覆主要用于零件内孔、内壁的耐磨、耐蚀涂层制备或快速激光修复。通过配备不同的光学系统，也可以45°倾斜入射激光与粉末方式实现管件端部盲孔的加工；或是通过配备电机实现内壁光头的旋转，用于重型零件或不易旋转零件的立式熔覆加工；同时也可用于零件狭窄受限位置的激光修复与焊接。在煤机、钻探、能源、重型机械、航空航天等诸多工业领域都有巨大应用需求。