激光熔覆技术在行业中的应用
激光熔覆技术在行业中的应用
1、涡轮动力设备修复和改造
在冶金、石油、化工、电力、铁路、船舶、矿山、航空等国民经济支柱产业中使用着大量的涡轮转动设备，例如：汽轮机、离心压缩机、轴流风机、螺杆压缩机、高炉透平发电TRT、烟气轮机、发电机、往复式压缩机、飞机发动机、地面燃机、水轮机、制氧机、水泵、柴油机、工业透平、增速机等等。特别是70年代末以来引进的大量进口涡轮转动设备（机组），经过长周期各种工况条件下服役，因腐蚀、磨损和疲劳等因素，所有设备（机组）均存在着使用中的损伤失效，有的则处在报废或即将报废状态。而常规的技术和工艺方法不能，也不敢动及这些关键的、价值贵重的设备（机组），稍有失误将造成设备（机组）失效和破坏，从而带来的是潜在的巨大的产值和经济损失。
在钢铁冶金行业，涡轮转动设备（机组）是提供能源和动力的载体。钢铁企业拥有的各种规格进口和国产的轴流压缩机（风机），单级、多级离心鼓风机、引风机、除尘风机、H型氧压机、氮压机、螺杆压缩机、自备电厂的各种型号汽轮机、高炉能量回收使用的单级、双级透平发电TRT机组、各种发电及电动机、大型水泵等涡轮动力设备。再制造工程技术为这些重大关键设备（机组）提供了安全可靠，质量保障，性能稳定提升的综合技术。激光熔覆仿形技术和激光快速成形技术在这些关键设备和零部件修复及再造应用，又使再制造工程技术得到发展。例如，2007年11月份，天津大族烨峤激光公司应用再制造工程技术和激光熔覆仿形技术修复津西钢铁公司AV40-12型轴流压缩机的动、静叶片；2008年3月份，修复津西钢铁公司2MPG4.5-175/145型高炉透平“一拖二”式TRT机组的动、静叶片并进行两台机组的拆装、调试和检测的全方位“交钥匙”工程。现在，经修复的两台机组已经投入生产服役，运行良好，平稳可靠。而且，采用激光熔覆仿形技术修复后的两台机组的所有动、静叶片都可比原设计制造的新叶片提高使用寿命50-100%，仅此两台设备可为津西厂节省约500多万元维修资金。
近两年来，采用再造应用工程技术和激光熔覆技术及快速成形技术等高新技术为宝钢、鞍钢、本钢、首钢、武钢、唐钢、太钢、攀钢、包钢等全国近95%钢铁企业修复和改造大量的涡轮转动设备（机组），特别是各种进口的关键机组（设备）。为各企业保障设备的正常有效运转，提高了设备的使用寿命，延长了其服役周期。同时，也为钢铁行业各企业节约了大量维修费用，创造了可观的经济效益。
2、高载荷、低转速、高精度、高合金零部件的修复和强化
钢铁企业炼钢、各种热轧、冷轧生产线、镀锌线等生产过程中使用着大数量的高载荷、低转速、高精度、高合金的承载设备，其零部件在生产工况环境下服役，产生腐蚀、磨损和疲劳损伤或失效报废。而这些大量的设备零部件在钢铁生产中形成了最大的生产消耗，占据着非常大的生产成本和资源浪费。据初步估算，全国钢铁行业每年仅各种轧钢生产线上的重要零部件消耗达100亿元。传统办法主要是更换这些设备零部件，甚至因零部件无法使用报废或者更换整机，必须储备大量的备件，占用巨额的资金和资源。同时，损伤失效和报废的零部件或者整机基本上作为废品处理，如此连锁叠加造成的资源和资金浪费非常惊人。
激光熔覆技术、激光快速成形制造技术、激光纳米合金化和表面强化技术等高科技技术的有效应用，为这类设备和零部件的修复再造开辟了一条崭新的途径。既能使失效或报废设备及零部件“起死回生”，又可以使新品延长使用寿命，甚至可以达到多寿命周期的效果。例如：在冷、热轧钢各种生产线上使用的传动接轴、叉头、中间轴、传动齿轮、万向节、扁头套、轧辊轴、飞剪、辊端轴套、卷取机弹簧座箱，减速机齿轮轴和壳体等等大量易磨损和疲劳零部件，经过激光仿形熔覆技术和快速成形技术修复后，使用性能恢复了原有新件的技术指标。
而且，大部分又可以提高其使用寿命周期。有则，可以多次修复，达到多使用寿命周期的效果。
轧钢生产线上的各种轧辊、输送辊、支承辊、竖辊、导向辊、沉浮辊等辊轴类零部件，采用各种锻合金钢、铸合金钢、合金铸铁、球墨铸铁等不同材质制造。各种轧辊类件均使用在具有高温、高变载荷、冷热交变、腐蚀、磨损及疲劳工况条件下。据初步统计，全国钢铁企业每年各种轧辊消耗约80-100亿元。采用激光纳米陶瓷合金化和激光复合强化技术进行表面强化处理，提高了表面的强度、硬度、耐磨、热稳定性和红硬性及耐腐蚀、耐疲劳等性能指标，有效地提高轧辊的过钢量。经多家钢铁企业应用，一般使轧辊等各种辊类使用寿命可提高50%至数倍。
例如：轧制中厚钢板和薄板的冷热生产线上大量使用的支承辊，重量从30多吨至120多吨，支承辊分别由铸钢和锻钢制造。目前其中大型支承辊很多依赖进口。支承辊属于被动辊，在其工作服役中承受复杂的应力作用。运行时其前方受挤，正下方受压，后方受拉，深层受剪切应力作用。因此，支承辊在工作时，接触点附近承受挤、压、拉、切等交变载荷作用，辊身工作部位产生剥落，产生剥落的部位是辊身最大受力部位。已经失效的小型支承辊传统的维修方法是采用电弧堆焊。经此种方法修复后的支承辊使用性能和使用寿命都无法达到新辊的水平。大型支承辊目前采用常规的电弧堆焊方法还无法修复，只能做报废处理。采用激光快速成形技术可以修复各种规格和材料制造的支承辊，可以根据各类型支承辊的材质和使用性能要求，设计和使用优于原辊身材质的激光快速成形用合金材料，使修复后支承辊身强度、耐磨性、耐腐蚀、耐疲劳性等指标和使用寿命均优于制造新支承辊。国内按目前每年产钢4. 7亿吨计算，每年消耗支承辊约10亿元。激光快速成形技术和再制造工程技术可以创造非常可观的经济效益及深远的社会效益。
实践证明，如果将轧辊表面进行激光淬火处理，其硬度可由原来的68HSD上升到78~82HSD，轧辊寿命也原来的8小时更换一次提高到24小时更换一次，仅此一项就可以降低钢铁企业轧辊消耗成本约50%，提高钢铁企业轧钢产量5%~10%，这一效益根据轧钢的规模不同效益在8000万元到3亿元之间。根据测算，武汉大族金石凯激光公司生产的一套10kW轧辊激光热处理熔覆设备一年的运行成本约为127.7万元，而每套设备一年可处理轧辊面积约7560平方米，单位处理成本约为0.17元/平方厘米。以一根直径为35厘米，长250厘米的轧辊为例，一次激光淬火成本不超过4700元，而使用时间则可延长三倍。而通过对废旧轧辊的熔覆修复处理更可以使其变废为新，给企业带来巨大的经济效益。
3、汽车覆盖件大型模具激光修复与强化
在汽车工业中，汽车覆盖件如驾驶室、引擎盖等部件都是通过冲压成型的，而机械冲压对模具的磨损和破坏性很大。模具一旦磨损，冲压出来的产品质量就会下降，为此必须更换新的模具，从而造成模具的浪费和消耗很大，如何提高模具的使用寿命成为该类企业降低生产成本、提高经济效益的重要途径和方法。此前，由于该类模具比较大，进行热处理比较困难。很多企业往往不进行热处理或采用火焰法进行处理，效果往往很不理想。而受到技术条件的限制，激光热处理方法在此类大型模具上也少有应用。
武汉大族金石凯激光系统有限公司开发的大型模具激光热处理设备，采用高功率CO2激光结合数控机床等设备对各种重型汽车拉深、翻边、修边等模具进行表面淬火，以及对各种模具在使用过程中出现的裂纹、划伤、磨损、崩塌进行激光熔凝、合金化熔覆等表面强化工艺处理，使其抗磨损性能及损伤阀值得到较大提高，硬度比淬火前提高约2.5倍，并得到0.2～0.4mm的淬火层深，从而提高了工件的耐磨性能3～5倍，大幅延长模具的使用寿命，减少模具的消耗；同时，该设备还能对表面已经损伤或出现裂纹、崩塌的模具进行激光熔覆修复，使其重新得以利用，变废为新。
因此，激光熔覆技术的应用能大幅降低汽车覆盖件的生产成本，提高产品质量，是汽车零配件生产企业的重要技术装备。其普遍应用，对推进我国汽车零配件行业及相关其它行业的技术改造、提高经济效益、提高我国这些行业加入WTO后的竞争力具有非常重要的意义。
4、矿山机械零件的激光强化与修复
采掘机截齿
截齿是采掘机组上直接切割煤岩的关键零件，属易损件。其失效方式主要是磨损失效，磨损失效的主要形式为截齿端部基体磨损，导致合金头剥落。一般的国内普通截齿抗磨损性能较差和较短的使用寿命较短的特点，从而加大了井下作业的强度，降低了生产效率。因此，研制一种工艺先进、技术稳定，并能提高截齿端部的耐磨性，进而延长使用寿命的表面处理技术是十分必要的。
采用激光熔覆技术后，截齿平均显微硬度为HV800，洛氏硬度为65HRC；激光合金化截齿的平均显微硬度为HV1099，洛氏硬度为70HRC；激光淬火截齿的平均显微硬度为HV750，洛氏硬度为62HRC。激光熔覆和合金化工艺涂层与基体为冶金结合，结合强度高。
2008年，大族金石凯激光公司和合作伙伴采用6KW激光热处理熔覆设备激光强化截齿，并在新矿集团协庄煤矿掘进工作面进行工业应用实验。
实验巷道203运输巷为半煤岩巷道，硬度为5－6，断面尺寸为9.8m2；1403回风巷为半煤岩巷道，硬度为5－6，断面尺寸为11 m2。
激光熔覆截齿在203巷道掘进90米，后在1403巷道掘进60米，共开挖半煤岩1542m3。
表面合金化截齿在1403巷道掘进260米，开挖半煤岩2860 m3。
普通截齿在这种煤岩层只可以掘进30-50米。
经试验，激光强化截齿端头表面硬度、耐磨度有明显提高，截齿使用寿命显著延长。与普通截齿相比，激光熔覆截齿寿命延长了3-4倍，表面合金化截齿寿命延长5-6倍。
激光技术在截齿表面工程技术上的应用，是利用激光束能量高度集中、方向高度集中的特性，在大气环境下进行无污染操作，在廉价金属材料表面形成一层硬度高、无裂纹，且与基体呈冶金结合的高性能涂层，将金属良好的坚韧性和涂层材料的高硬度、高化学稳定性、高耐磨性结合起来，创新了高性能涂层的生产工艺。
应用抗磨损新型激光强化截齿，可以减少截齿更换检修时间、提高生产效率，同时又能节约大量的资金，对于建设节约性社会有着广泛而深远的意义。
矿用大型液压支架立柱
国内普通立柱是通过表面镀烙方法，来实现表面防生锈、防腐蚀，因为镀烙层耐磨性差，其寿命为1-1.5年，镀烙层会出现起皮、脱皮的现象，从而乳化液就会腐蚀立柱表面，影响液压支架的使用效果。
通过激光强化处理后的立柱，其基体表面硬度达到HV410。激光技术在立柱表面工程技术上的应用，是利用激光束能量高度集中、方向高度集中的特性，在大气环境下进行无污染操作，在廉价金属材料表面形成一层硬度高、无裂纹，且与基体呈冶金结合的高性能涂层，将金属良好的坚韧性和涂层材料的高硬度、高化学稳定性、高耐磨性结合起来，创新了高性能涂层的生产工艺。
新型激光强化不锈钢立柱使用寿命是国内立柱的5-6倍，具有技术先进、安全性能高、生产能力强等突出特点。应用新型激光强化不锈钢立柱，可以减少立柱更换检修时间、提高生产效率，同时又能节约大量的资金，对于建设节约型社会有着广泛而深远的意义。
陈磊
光信0801班
20081182008
激光熔覆技术介绍
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。 为推动激光熔覆技术的产业化，世界各国的研究人员针对激光熔覆涉及到的关键技术进行了系统的研究，已取得了重大的进展。国内外有大量的研究和会议论文、专利介绍激光熔覆技术及其最新的应用：包括激光熔覆设备、材料、工艺、监测与控制、质量检测、过程的模拟与仿真等研究内容。但到目前为止，激光熔覆技术还不能大面积工业化应用。分析其原因，这里有政府导向的因素、激光熔覆技术本身成熟程度的限制、社会各界对激光熔覆技术的认可程度等因素。因此，激光熔覆技术欲实现全面的工业化应用，必须加大宣传力度，以市场需求为导向，重点突破制约发展的关键因素，解决工程应用中涉及到的关键技术，相信在不远的将来，激光熔覆技术的应用领域及其强度将不断的扩大。下面介绍激光熔覆技术几个发展的动态，以飨读者。 激光熔覆的优势 激光束的聚焦功率密度可达1010~12W/cm2，作用于材料能获得高达1012K/s的冷却速度，这种综合特性不仅为材料科学新学科的生长提供了强有力的基础，同时也为新型材料或新型功能表面的实现提供了一种前所未有的工具。激光熔覆所创造的熔体在高温度梯度下远离平衡态的快速冷却条件，使凝固组织中形成大量过饱和固溶体、介稳相甚至新相，已经被大量研究所证实。它提供了制造功能梯度原位自生颗粒增强复合层全新的热力学和动力学条件。同时激光熔覆技术制备新材料是极端条件下失效零部件的修复与再制造、金属零部件的直接制造的重要基础，受到世界各国科学界和企业的高度重视和多方面的研究。 目前，利用激光熔覆技术可以制备铁基、镍基、钴基、铝基、钛基、镁基等金属基复合材料。从功能上分类：可以制备单一或同时兼备多种功能的涂层如：耐磨损、耐腐蚀、耐高温等以及特殊的功能性涂层。从构成涂层的材料体系看，从二元合金体系发展到多元体系。多元体系的合金成分设计以及多功能性是今后激光熔覆制备新材料的重要发展方向。 最新的研究表明，在我国工程应用中钢铁基的金属材料占主导地位。同时，
激光熔覆技术毕业设计(论文)
1. 引言 1.1 本课题的研究背景及意义 激光熔覆技术（Laser cladding technology）是指在被涂覆机体表面上，以不同的添料方式放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和机体表面薄层同时熔化，快速凝固后形成稀释度极低、与基体材料成冶金结合的涂层，从而显著改善机体材料表面耐磨、耐热、耐蚀、抗氧化等性能的工艺方法[1]。按涂层材料的添加方式不同，激光熔覆技术可分为预置法和同步送粉法，如图1所示。激光熔覆技术因具有应用灵活、耗能小，热输入量低、引起的热变形小，不需要后续加工或加工量小，减少公害等优点，近年来已在材料表面改性上受到高度重视[2]。特别是上个世纪80年代以来，该技术得到了很大进步和发展。激光熔覆的最终目的是改善材料的使用性能，使其更好地满足使用要求。与堆焊、热喷涂和等离子喷焊等表面改性技术相比，激光熔覆具有下述优点：（1）熔覆层晶粒细小，结构致密，因而硬度一般较高，耐磨、耐蚀等性能亦更为优异；（2）熔覆层稀释率低,由于激光作用时间短，基材的熔化量小，对熔覆层的冲淡率低（一般仅为5％-8%），因此可在熔覆层较薄的情况下获得所要求的成分与性能，节约昂贵的覆层材；（3）激光熔覆热影响区小，工件变形小，熔覆成品率高；（4）激光熔覆过程易实现自动化生产，覆层质量稳定，如在熔覆过程中熔覆厚度可实现连续调节，这在其他工艺中是难以实现的。由于激光熔覆的上述优点，它在航空、航天乃至民用产品工业领域中都有较广阔的应用前景，已成为当今材料领域研究和开发的热点。
图1.1 激光熔覆原理示意图 1.2 本课题国内外研究现状 激光熔覆技术的发展当然离不开激光器。目前，激光器主要有3种：CO2激光器、YAG 固体激光器和准分子激光器。国内外常用于激光熔敷的激光器主要有两种：一种是输出功率为0.5-10KW的CO2气体激光器，另一种是输出功率为500W左右的YAG固体激光器。其中工业上用来进行表面改性的多为CO2大功率激光器。近年来，华中科技大学、中国科学院、清华大学、西北工业大学等国内多家单位在激光熔覆设备及过程控制方面做了许多研究工作，如华中科技大学激光加工国家工程研究中心已相继成功研制出500 - 10000W大功率CO2气体激光器、100-500W固体激光器等系列激光产品，中科院则开发出集成化激光智能加工系统，清华大学激光加工研究中心已研制出各种规格的同轴送粉喷嘴和自动送粉器等。在激光熔覆技术上，国内的研究主要表现在以下几个方面：1.激光熔覆同轴送粉器以及利用CCD红外检测激光熔覆温度场，如天津工业大学杨洗尘教授[3]；2.激光熔覆制备耐磨涂层[4]；3.激光熔覆工艺参数的研究；4.激光熔覆过程中添加某重金属元素对特定合金组织的影响[5]；5.扫描速度对熔覆层硬度和厚度的影响[6]；6.激光熔覆制备金属基复合涂层以提高机械性能[7]；7.Mg表面熔敷不同金属材料涂层的机械性能[8]；国外的研究状况：国外对激光熔覆技术的研究其实与上世纪80年代，比我国早十年左右，国外的研究主要集中在欧洲、北美和亚洲。欧洲的主要研究内容包括：1.对激光熔覆过程的基础研究与理解，如葡萄牙先进技术研究所和英国利物浦大学，如图2；2.激光熔覆制备金属基复合涂层以提高机械性能[9]；3.激光熔覆恢复零件和工具性能[10]；4.激光熔覆过程显微裂纹和残余
激光熔覆技术及其在核电阀门中的研究进展
0 前言 核电阀门市场前景非常广阔，但目前国内阀门制造技术落后，核阀等高参数阀门主要靠进口，随着中国核电建设渐渐驶入快车道，核电“国产化情结”变得越来越强烈。因此，掌握核阀等高参数阀门制造的关键技术，保有国内市场、开拓国际市场，已是当务之急。据统计，世界上核电站因阀门装置密封面出故障而造成的事故占核电站事故的1/4。因此对核阀材料和制造工艺提出了十分严格的要求，特别是核阀密封面。这是由于密封面不仅因阀门周期性地开启和关闭而受到擦伤、挤压和冲击作用，而且还因所处的工作环境和介质而受到高温、腐蚀、氧化等作用，所以应具有良好的综合服役性能。 1 核电阀门密封面强化工艺概况 一般采用堆焊工艺熔焊核阀密封面，而保证阀门密封面堆焊质量和提高堆焊生产效率，不仅取决于堆焊材料，而且很大程度上还取决于先进的堆焊工艺方法和高效率的自动化堆焊设备。我国阀门密封面堆焊技术的研究工作始于20世纪60年代初，历经40多年的发展历程，阀门堆焊方法从以手工电弧焊和氧-乙炔火焰堆焊等非自动化、低效率的堆焊方法为主，发展到广泛采用高效、自动化的堆焊方法，如火焰堆焊、等离子弧堆焊以及激光熔覆等。先进的堆焊技术是当前各国竞相研究的热点，其中最具应用前景的当属激光熔覆技术。该技术兴起于20世纪80年代，它是利用具有高能密度的激光束使某种特殊性能的材料快速熔凝在基体材料表面并与基体形成冶金结合，构成与基体成分和性能完全不同的高性能合金熔覆层。表1列出了几种粉末的热喷涂、电弧、等离子喷涂、激光熔覆的技术特性。可见激光熔覆层与基体间是完全冶金结合，稀释度低，成品率高。 表1 热喷涂、喷焊、堆焊、激光溶覆的技术特性
激光表面熔覆技术的研究及其在轧辊表面修复中的应用
Applied Physics 应用物理, 2018, 8(7), 331-335 Published Online July 2018 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/6910746391.html,/journal/app https://https://www.wendangku.net/doc/6910746391.html,/10.12677/app.2018.87042 The Study and Application in Roller Surface Repaired of Laser Cladding Technology Rui Zhou Rizhao Company in Shandong Iron and Steel Group, Rizhao Shandong Received: Jul. 3rd, 2018; accepted: Jul. 16th, 2018; published: Jul. 23rd, 2018 Abstract Laser cladding technology is a new type of surface engineering technology. The research status of the laser cladding is summarized, and the existing problems and solution of the technology are re-viewed. Finally, the development trend and industrial application prospect of the technology in the future are put forward. Keywords Laser Cladding, Coating Properties, Powder Particles, Lasers 激光表面熔覆技术的研究及其在轧辊表面修复中的应用 周瑞 山东钢铁集团日照有限公司，山东日照 收稿日期：2018年7月3日；录用日期：2018年7月16日；发布日期：2018年7月23日 摘要 激光熔覆技术是一种新型的表面工程技术。本文介绍了激光表面熔覆技术的研究现状，提出了激光表面熔覆技术领域存在的主要问题及解决途径，展望了激光表面熔覆技术的发展趋势及工业应用前景。 关键词 激光熔覆，熔覆层性能，粉末材料，激光器
矿用机械易损部件激光熔覆再制造可行性研究报告3 - 副本
矿用机械易损部件激光熔覆再制造 可行性研究报告 2016年4月15日
前言 目前，国内已有矿用机械易损部件激光熔覆再制造技术的应用，再制造工程可以使得磨损表面得到修复，恢复零部件使用性能。也可在设备使用前将易损部位提前熔覆保护层，增强其耐磨性、耐腐蚀性，使设备的使用寿命更长。再制造工程和产业化可为企业带来巨大利润，成为新的经济增长点。通过再制造产业化方式，企业可以减少设备投资，修旧复用，降低生产成本，节省资金、节能、节材和保护环境，增强企业的市场竞争力，具有良好的经济效益和社会效益。 一、煤炭行业现状 目前，在多种因素的作用下，煤炭企业运行十分困难。全国煤企2015年亏损面已经超过八成，且因为产能过剩很严重，2016年仍旧不乐观。目前，相关部门多次强调，要加快对长期亏损、产能过剩严重的“僵尸”企业的重组整合或退出。煤炭行业也因此成为承受重压的行业。2015年以来，煤价已下跌三成，降到不如土豆的价格，坑口吨煤价格甚至卖不过一立方沙子。很多煤企更是巨亏，不得不通过降薪、甚至停薪留职、内部休假等手段来降本增效。但即便如此，煤炭“僵尸”企业为了维持现金流，宁愿亏损也不停产。但实际上，随着煤价不断降低，煤企的资金链已经快顶不住。数据显示，目前煤炭行业平均资产负债率已经达到67.7%，处于2000年以来最高水平。面对经营环境恶化日益严重，坚持可持续性发展已经成为所有煤炭企业的共识。循环经济突破传统观念的束缚，旨在对有限的资源进行高效的重复循环利用。经济发展是建立在维护自然生态系统良性运行的基础上，注重减少资源消耗、降低废弃物排放和提高资源使用率，最大限度地实现资源的有效利用。煤炭企业，作为典型的
激光熔覆成形技术及其在汽车工业中的应用
激光熔覆成形技术的研究进展 1基本概念 激光熔覆成形(Laser cladding forming, LCF)技术集激光技术、计算机技术、数控技术、传感器技术及材料加工技术于一体，是一门多学科交叉的边缘学科和新兴的先进制造技术。该技术把快速原型制造技术和激光熔覆表面强化技术相结合，利用高能激光束在金属基体上形成熔池，将通过送粉装置和粉末喷嘴输送到熔池的金属粉末或事先预置于基体上的涂层熔化，快速凝固后与基体形成冶金结合，根据零件的计算机辅助设计模型，逐线、逐层堆积材料，直接生成三维近终形金属零件。激光熔覆成形系统主要由计算机、粉末输送系统、激光器和数控工作台四部分组成，其原理如图1 所示。由于该技术可以直接制造全密度金属零件，从20 世纪90 年代中期开始，就成为快速成形领域的研究热点和发展方向，具有广阔的应用前景。激光熔覆成形技术在产生后的短短几年内获得了飞速发展，并被冠以不同的名称：如送粉方式的激光工程化近成形(Laser Engineered Net Shaping, LENSTM)、直接光制造技术(Directed light fabrication, DLF)、直接金属沉积(Direct metal deposition, DMD)、堆积成形制造(Shape deposition manufacturing, SDM)，激光固结(Laser consolidation, LC)，激光增材制造(Laser additive manufacturing, LAMSM)，以及粉末预置方式的选择性激光熔化(Selective laser melting, SLM)和金属直接激光烧结(Direct laser sintering of metals ,DSM)等，这些技术的原理和加工方法基本相同，将它们统称为激光熔覆成形技术。 图1 激光熔覆成形原理示意图
激光熔覆技术分析与展望讲解
激光熔覆技术分析与展望 作者：张庆茂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。为推动激光熔覆技术的产业化， 作者：张庆茂 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。 为推动激光熔覆技术的产业化，世界各国的研究人员针对激光熔覆涉及到的关键技术进行了系统的研究，已取得了重大的进展。国内外有大量的研究和会议论文、专利介绍激光熔覆技术及其最新的应用：包括激光熔覆设备、材料、工艺、监测与控制、质量检测、过程的模拟与仿真等研究内容。但到目前为止，激光熔覆技术还不能大面积工业化应用。分析其原因，这里有政府导向的因素、激光熔覆技术本身成熟程度的限制、社会各界对激光熔覆技术的认可程度等因素。因此，激光熔覆技术欲实现全面的工业化应用，必须加大宣传力度，以市场需求为导向，重点突破制约发展的关键因素，解决工程应用中涉及到的关键技术，相信在不远的将来，激光熔覆技术的应用领域及其强度将不断的扩大。下面介绍激光熔覆技术几个发展的动态，以飨读者。 激光熔覆的优势 激光束的聚焦功率密度可达1010~12W/cm2，作用于材料能获得高达1012K/s的冷却速度，这种综合特性不仅为材料科学新学科的生长提供了强有力的基础，同时也为新型材料或新型功能表面的实现提供了一种前所未有的工具。激光熔覆所创造的熔体在高温度梯度下远离平衡态的快速冷却条件，使凝固组织中形成大量过饱和固溶体、介稳相甚至新相，已经被大量研究所证实。它提供了制造功能梯度原位自生颗粒增强复合层全新的热力学和动力学条件。同时激光熔覆技术制备新材料是极端条件下失效零部件的修复与再制造、金属零部件的直接制造的重要基础，受到世界各国科学界和企业的高度重视和多方面的研究。 目前，利用激光熔覆技术可以制备铁基、镍基、钴基、铝基、
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。 另外对各工作面原有螺栓孔的处理方法是：清理各螺栓孔，清除断折的螺杆，损伤螺纹
激光熔覆技术的发展现状
激光熔覆技术的发展现状 激光熔覆技术是—种涉及光、机、电、计算机、材料、物理、化学等多门学科的跨学科高新技术。它由上个世纪60年代提出，并于1976年诞生了第一项论述高能激光熔覆的专利。激光熔覆技术得到了迅速的发展，近年来结合CAD技术兴起的快速原型加工技术，为激光熔覆技术又添了新的活力。 目前已成功开展了在不锈钢、模具钢、可锻铸铁、灰口铸铁、铜合金、钛合金、铝合金及特殊合金表面钴基、镍基、铁基等自熔合金粉末及陶瓷相的激光熔覆。激光熔覆铁基合金粉末适用于要求局部耐磨而且容易变形的零件。镍基合金粉末适用于要求局部耐磨、耐热腐蚀及抗热疲劳的构件。钴基合金粉末适用于要求耐磨、耐蚀及抗热疲劳的零件。陶瓷涂层在高温下有较高的强度，热稳定性好，化学稳定性高，适用于要求耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化性的零件。在滑动磨损、冲击磨损和磨粒磨损严重的条件下，纯的镍基、钴基和铁基合金粉末已经满足不了使用工况的要求，因此在合金表面激光熔覆金属陶瓷复合涂层已经成为国内外学者研究的热点，目前已经进行了钢、钛合金及铝合金表面激光熔覆多种陶瓷或金属陶瓷涂层的研究。 激光熔覆存在的问题 评价激光熔覆层质量的优劣，主要从两个方面来考虑。 一是宏观上，考察熔覆道形状、表面不平度、裂纹、气孔及稀释率等；二是微观上，考察是否形成良好的组织，能否提供所要求的性能。此外，还应测定表面熔覆层化学元素的种类和分布，注意分析过渡层的情况是否为冶金结合，必要时要进行质量寿命检测。 目前研究工作的重点是熔覆设备的研制与开发、熔池动力学、合金成分的设计、裂纹的形成、扩展和控制方法、以及熔覆层与基体之间的结合力等。 目前激光熔敷技术进一步应用面临的主要问题是： ①激光熔覆技术在国内尚未完全实现产业化的主要原因是熔覆层质量的不稳定性。激光熔覆过程中，加热和冷却的速度极快，最高速度可达1012℃/s.由于熔覆层和基体材料的温度梯度和热膨胀系数的差异，可能在熔覆层中产生多种缺陷，主要包括气孔、裂纹、变形和表面不平度 ②光熔敷过程的检测和实施自动化控制。 ③激光熔覆层的开裂敏感性， 仍然是困扰国内外研究者的一个难题，也是工程应用及产业化的障碍. 目前，虽然已经对裂纹的形成扩进行了研究，但控制方法方面还不成熟。 激光熔覆技术的应用和发展前景展望进入20世纪80年代以来，激光熔敷技术得到了迅速的发展，目前已成为国内外激光表面改性研究的热点。激光熔敷技术具有很大的技术经济效益，广泛应用于机械制造与维修、汽车制造、纺织机械、航海与航天和石油化工等领域。目前激光熔覆技术已经取得一定的成果，正处于逐步走向工业化应用的起步阶段。今后的发展前景主要有以下几个方面： （1）激光熔覆的基础理论研究。 （2）熔覆材料的设计与开发。 （3）激光熔覆设备的改进与研制。
激光熔覆技术在行业中的应用
激光熔覆技术在行业中的应用 1、涡轮动力设备修复和改造 在冶金、石油、化工、电力、铁路、船舶、矿山、航空等国民经济支柱产业中使用着大量的涡轮转动设备，例如：汽轮机、离心压缩机、轴流风机、螺杆压缩机、高炉透平发电TRT、烟气轮机、发电机、往复式压缩机、飞机发动机、地面燃机、水轮机、制氧机、水泵、柴油机、工业透平、增速机等等。特别是70年代末以来引进的大量进口涡轮转动设备（机组），经过长周期各种工况条件下服役，因腐蚀、磨损和疲劳等因素，所有设备（机组）均存在着使用中的损伤失效，有的则处在报废或即将报废状态。而常规的技术和工艺方法不能，也不敢动及这些关键的、价值贵重的设备（机组），稍有失误将造成设备（机组）失效和破坏，从而带来的是潜在的巨大的产值和经济损失。 在钢铁冶金行业，涡轮转动设备（机组）是提供能源和动力的载体。钢铁企业拥有的各种规格进口和国产的轴流压缩机（风机），单级、多级离心鼓风机、引风机、除尘风机、H型氧压机、氮压机、螺杆压缩机、自备电厂的各种型号汽轮机、高炉能量回收使用的单级、双级透平发电TRT机组、各种发电及电动机、大型水泵等涡轮动力设备。再制造工程技术为这些重大关键设备（机组）提供了安全可靠，质量保障，性能稳定提升的综合技术。激光熔覆仿形技术和激光快速成形技术在这些关键设备和零部件修复及再造应用，又使再制造工程技术得到发展。例如，2007年11月份，天津大族烨峤激光公司应用再制造工程技术和激光熔覆仿形技术修复津西钢铁公司AV40-12型轴流压缩机的动、静叶片；2008年3月份，修复津西钢铁公司2MPG4.5-175/145型高炉透平“一拖二”式TRT机组的动、静叶片并进行两台机组的拆装、调试和检测的全方位“交钥匙”工程。现在，经修复的两台机组已经投入生产服役，运行良好，平稳可靠。而且，采用激光熔覆仿形技术修复后的两台机组的所有动、静叶片都可比原设计制造的新叶片提高使用寿命50-100%，仅此两台设备可为津西厂节省约500多万元维修资金。 近两年来，采用再造应用工程技术和激光熔覆技术及快速成形技术等高新技术为宝钢、鞍钢、本钢、首钢、武钢、唐钢、太钢、攀钢、包钢等全国近95%钢铁企业修复和改造大量的涡轮转动设备（机组），特别是各种进口的关键机组（设备）。为各企业保障设备的正常有效运转，提高了设备的使用寿命，延长了其服役周期。同时，也为钢铁行业各企业节约了大量维修费用，创造了可观的经济效益。 2、高载荷、低转速、高精度、高合金零部件的修复和强化 钢铁企业炼钢、各种热轧、冷轧生产线、镀锌线等生产过程中使用着大数量的高载荷、低转速、高精度、高合金的承载设备，其零部件在生产工况环境下服役，产生腐蚀、磨损和疲劳损伤或失效报废。而这些大量的设备零部件在钢铁生产中形成了最大的生产消耗，占据着非常大的生产成本和资源浪费。据初步估算，全国钢铁行业每年仅各种轧钢生产线上的重要零部件消耗达100亿元。传统办法主要是更换这些设备零部件，甚至因零部件无法使用报废或者更换整机，必须储备大量的备件，占用巨额的资金和资源。同时，损伤失效和报废的零部件或者整机基本上作为废品处理，如此连锁叠加造成的资源和资金浪费非常惊人。 激光熔覆技术、激光快速成形制造技术、激光纳米合金化和表面强化技术等高科技技术的有效应用，为这类设备和零部件的修复再造开辟了一条崭新的途径。既能使失效或报废设备及零部件“起死回生”，又可以使新品延长使用寿命，甚至可以达到多寿命周期的效果。例如：在冷、热轧钢各种生产线上使用的传动接轴、叉头、中间轴、传动齿轮、万向节、扁头套、轧辊轴、飞剪、辊端轴套、卷取机弹簧座箱，减速机齿轮轴和壳体等等大量易磨损和疲劳零部件，经过激光仿形熔覆技术和快速成形技术修复后，使用性能恢复了原有新件的技术指标。
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。 激光雕刻加工是利用数控技术为基础，激光为加工媒介。加工材料在激光照射下瞬间的熔化和气化的物理变性，达到加工的目的。激光加工特点：与材料表面没有接触，不受机械运动影响，表面不会变形，一般无需固定。不受材料的弹性、柔韧影响，方便对软质材料。加工精度高，速度快，应用领域广范。
激光熔覆_图文讲解
一、激光熔覆的原理 激光溶覆是利用高能激光束辐照，通过迅速熔化、扩展和凝固，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，构成一种新的复合材料，以弥补基体所缺少的高性能。能充分发挥二者的优势，克服彼此的不足。 可以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。通过激光熔覆，可在低熔点材料上熔覆一层高熔点的合金，亦可使非相变材料 （AI 、Cu 、Ni 等）和非金属材料的表面得到强化。 在工件表面制备覆层以改善表面性能的方法很多，在工业中应用较多的是堆焊、热喷涂和等离子喷焊等，与上述表面强化技术相比，激光熔覆具 有下述优点： （1 ）熔覆层晶粒细小，结构致密，因而硬度一般较高，耐磨、耐蚀等性能 亦更为优异。 （2 ）熔覆层稀释率低，由于激光作用时间短，基材的熔化量小，对熔覆层的冲淡率低（一般仅为 5％-8%），因此可在熔覆层较薄的情况下，获得所要求的 成分与性能，节约昂贵的覆层材料。 （3 ）激光熔覆热影响区小，工件变形小，熔覆成品率高。 （4 ）激光熔覆过程易实现自动化生产，覆层质量稳定，如在熔覆过程中熔覆厚度可实现连续调节，这在其他工艺中是难以实现的。 由于激光熔覆的上述优点，它在航空、航天乃至民用产品工业领域中都有较广阔的应用前景，已成为当今材料领域研究和开发的热点。 激光熔覆技术应用过程中的关键问题之一是熔覆层的开裂问题，
尤其是大工件的熔覆层，裂缝几乎难以避免，为此，研究者们除了改进设备，探索合适工艺，还在研制适合激光熔覆工艺特点的熔覆用合金粉末和其他熔覆材 料。 二、激光熔覆工艺方法 激光熔覆工艺方法有两种类型： 1、二步法（预置法） 该法是在激光熔覆处理前，先将熔覆材料置于工作表面，然后采用激光将其熔化，冷凝后形成熔覆层。预置熔覆材料的方式包括： （1 ）预置涂覆层：通常是应用手工涂敷，最为经济、方便、它是用粘结剂将熔覆用粉末调成糊状置于工件表面，干燥后再进行激光熔覆处理。但此法生产效率低，熔覆厚度不一致，不宜用于大批量生产。 （2 ）预置片：将熔覆材料的粉末加入少量粘结剂模压成片，置于工件需熔覆部位，再进行激光处理。此法粉末利用率高，且质量稳定，适宜于一些深孔零件，如小口径阀体，采用此法处理能获得高质量涂层。 2、一步法（同步法） 这是在激光束辐照工件的同时向激光作用区送熔覆材料的工艺， 它又有两种方/法。 同步送粉法：使用专用喷射送粉装置（见图）将单种或混合粉末送入熔池，控制粉末送入量和激光扫描速度即可调整熔覆层的厚度。由于松散的粉末对激光的吸收率大，热效率高，可获得比其他方法更厚的熔覆层，容易 实现自动化。国外实际生产中采用较多。 同步送丝法：此法工艺原理虽与同步送粉法相同，但熔覆材料是预先加工成丝材或使用填充丝材。此法便利且不浪费材料，更易保证熔覆层的成分均匀性，尤其是当熔覆层是复合材料时，不会因粉末比重或粒度大小的不同而影响覆层质量，且通过对丝材进行预热的精细处理可提高熔覆速率。但是丝材表面光滑，对激光的反射较强，激光利用率相时较低；此外，线材制造过程较 复杂，且品种规格少。
采煤机大齿轮的激光熔覆再制造关键技术研究
目录 摘要 .......................................................................................................................... I Abstract ....................................................................................................................... II 第1章绪论 (1) 1.1 课题背景及研究的目的和意义 (1) 1.2 国内外研究现状 (2) 1.2.1 齿轮修复再制造工艺的研究现状 (2) 1.2.2 激光熔覆再制造技术的研究现状 (4) 1.2.3 激光熔覆温度场数值模拟的研究现状 (6) 1.3 本文的主要研究内容 (9) 第2章采煤机大齿轮激光熔覆再制造总体方案设计 (11) 2.1 采煤机大齿轮激光熔覆修复总体方案的设计 (11) 2.2 采煤机大齿轮失效原因的分析 (12) 2.3 采煤机大齿轮激光熔覆修复材料的选择 (14) 2.3.1 自熔性合金粉末 (14) 2.3.2 高温合金粉末 (14) 2.4 采煤机大齿轮激光熔覆修复设备分析 (15) 2.4.1 CO2横流送粉式激光熔覆成套设备分析 (15) 2.4.2 光纤式金属粉末熔化成型设备分析 (17) 2.5 本章小结 (18) 第3章激光熔覆再制造稀释率数学模型的建立 (19) 3.1 激光熔覆再制造稀释率数学模型的方案设计 (19) 3.2 送粉式激光熔覆能量分配模型的建立及稀释率预测 (20) 3.2.1 送粉式激光熔覆激光与粉末相互作用模型 (20) 3.2.2 送粉式激光熔覆层横截面积及稀释率数学模型的建立 (21) 3.2.3 送粉式激光熔覆稀释率的预测 (23) 3.2.4 送粉式激光熔覆稀释率的模型验证 (24) 3.3 预置式激光熔覆能量分配模型的建立及稀释率预测 (28) 3.3.1 预置式激光熔覆激光与粉末相互作用模型 (28) 3.3.2 预置式激光熔覆层横截面积与稀释率数学模型的建立 (28) 3.3.3 预置式激光熔覆稀释率的预测 (29)
激光熔覆技术
激光熔覆技术 激光熔覆技术简介 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，节约贵重稀有金属材料。 应用于激光熔覆的激光器主要有CO2激光器和固体激光器，主要包括碟片激光器，光纤激光器和二极管激光器。 激光熔覆技术的工艺特点 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。 1、激光熔覆具有以下特点： （1）冷却速度快（高达106K/s），属于快速凝固过程，容易得到细晶组织或产生平衡态所无法得到的新相，如非稳相、非晶态等。 （2）涂层稀释率低（一般小于5%），与基体呈牢固的冶金结合或界面扩散结合，通过对激光工艺参数的调整，可以获得低稀释率的良好涂层，并且涂层成分和稀释度可控； （3）热输入和畸变较小，尤其是采用高功率密度快速熔覆时，变形可降低到零件的装配公差内。 （4）粉末选择几乎没有任何限制，特别是在低熔点金属表面熔敷高熔点合金； （5）熔覆层的厚度范围大，单道送粉一次涂覆厚度在0.2~2.0mm， （6）能进行选区熔敷，材料消耗少，具有卓越的性能价格比； （7）光束瞄准可以使难以接近的区域熔敷；
超高速熔覆技术原理及其优势
激光熔覆技术已广泛应用于金属表面的修复改性，但传统激光熔覆虽然有柔性加工、异形修复、自定义增材等优势和特点，但工作效率偏低，对于部分生产领域中所要求的大规模快速生产加工需求，仍无法满足。为了满足大批量高速生产需求，提高熔覆工作效率，高速激光熔覆技术应运而生，下文是对其原理及其优势的介绍，希望对你有所帮助。 背景： 在工业、能源、军工、机械相关制造厂以及再制造等领域，由于生产环境恶劣，使用负荷大，导致一些重要的金属零部件腐蚀和磨损。为了延长昂贵的生产设备的使用寿命，须给这些设备的金属部分外表进行提前处理或修复。同时，我国也是世界上最大的液压支架生产国，液压支架的核心部件立柱、千斤顶均同样需要进行表面防腐和耐磨处理。 技术原理：超高速激光熔覆技术是通过同步送粉添料方式，利用高能密度的束流使添加材料与高速率运动的基体材料表面同时熔化，并快速凝固后形成稀释率极低，与基体呈冶金结合的熔覆层，极大提高熔覆速率，显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等工艺特性的工艺方法。
传统方式的优劣对比： 超高速激光熔覆的优势： ★扫描速率高 o线速度20~150 m/min o熔覆效率0.5~2m2/h ★质量高 o完全冶金结合，结合力远优于喷涂、电镀等传统工艺，高速激光熔覆是绿色替代镀铬等镀层的优选工艺。
o层厚50~500μm，高速熔覆表面精细平整，非常适用于薄层熔覆。 o稀释率＜5%，可实现热敏感材料零件的涂层制备，避免传统熔覆表面缺陷发生； o零件变形量小，高速熔覆的粘结层相比热喷涂层和电镀涂层更加耐磨耐蚀，是与基体呈冶金结合形式制备的超薄保护层。 超高速激光熔覆的应用： 超高速激光熔覆技术可实现致密无缺陷的熔覆层，熔覆层表面质量致密，与基材呈冶金结合，无开口性缺陷，表面光滑平整。不仅能够在回转体上进行加工，也能在平面和复杂曲面上进行加工。通过持续的技术优化，该技术可广泛应用于煤炭、冶金、海洋平台、造纸、民用家电、汽车、船舶、石油、航空航天行业。 中科煜宸始终致力于为客户提供激光表面处理及再制造应用解决方案，目前已成功研发出新品——超高速激光熔覆装备，配备自主研发的负压载气式送粉器、送粉喷嘴等核心器件，与煤机、冶金、汽车、航空航天等行业深入合作，根据企业需求提供工件加工、工艺开发、设备定制等成套技术服务。
激光熔覆技术的研究进展
?综合评述? 激光熔覆技术的研究进展 李晓薇1,张春华1,2,张松1,刘常升2 1.沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳110023; 2.东北大学材料与冶金学院,沈阳110004 提要:激光熔覆技术是一种先进的表面改性技术,具有广泛的应用领域。本文介绍了激光熔覆技术的发展、应用、激光熔覆技术的设备及 工艺特点,对激光熔覆层的表面质量、熔覆层存在的问题及熔覆层内裂纹形成的影响因素进行了综合评述,同时展望了激光熔覆技术的发展前景。最后,指出了存在的问题和今后努力的方向。 关键词:激光熔覆;熔覆层裂纹;残余应力中图分类号:TN 249 文献标识码:A 文章编号:0253-2743(2007)02-0001-02 Developments of laser cladding technology LI X iao -wei 1,ZH ANG Chun -hua 1,2,ZH ANG S ong 1,LIU Chang -sheng 2 1.School of M aterials Science and Engineering ,Shenyang University of T echnology.Shenyang 110023,China ; 2.C ollege of M aterials and M etallurgy ,N ortheastern University ,Shenyang ,110004,China Abstract :Laser cladding is an advanced sus face m odification technique ,whici has a broad prospect of applications.In this paper development and appli 2cations ,its instrument and technological character are all introduced.The in fluence factors on surface quality ,the major existing problem and crack formation of laser cladding layer are analyzed.The perspective of laser cladding at present and in the future is als o proposed.Furtherm ore ,the needs forfurther research efforts is als o briefly discussed. K ey w ords :laser cladding ;cracks of cladding layer ;residual stress 收稿日期:2006-07-05 基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划2002AA305203);中国博士后科学基金(20060400957);辽宁省教育厅科学研究计划2004D011、05L301项目。 作者简介:李晓薇(1982-),女,辽宁葫芦岛人,硕士研究生。 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,是指以不同的添料方式在被涂覆基体表面放置选择的涂层材料,经激光辐照使之与基体表面一薄层同时熔化,并快速凝固形成稀释率极低,与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工艺方法。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,不影响基体的性质,降低成本,节约贵重稀有金属材料,因此,世界上各工业先进国家对激 光熔覆技术的研究及应用都非常重视〔1-4〕 。 1 激光熔覆技术的设备及工艺特点 目前应用于激光熔覆的激光器主要有输出功率为1～10kW 的C O 2激光器和500W 左右的Y AG 激光器。对于连续 C O 2激光熔覆,国内外学者已做了大量研究〔5-8〕 。近年来高功率Y AG 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C O 2激光进行铝合金激光熔覆,铝 合金基体在C O 2激光辐照条件下容易变形,甚至塌陷〔9〕 。 Y AG 激光器输出波长为1.06μm ,较C O 2激光波长小1个数量 级,因而更适合此类金属的激光熔覆。 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。国外目前多采用同步送粉法,而国内由于受送粉设备的限制,主要以预置粉末法居多〔10,11〕。 2 激光熔覆技术的发展现状 激光熔覆技术是—种涉及光、机、电、计算机、材料、物 理、化学等多门学科的跨学科高新技术。它由上个世纪60年代提出,并于1976年诞生了第一项论述高能激光熔覆的专利。进入80年代,激光熔覆技术得到了迅速的发展,近年 来结合C AD 技术兴起的快速原型加工技术,为激光熔覆技 术又添了新的活力。 目前已成功开展了在不锈钢、模具钢、可锻铸铁、灰铸铁、铜合金、钛合金、铝合金及特殊合金表面钴基、镍基、铁基等自熔合金粉末及陶瓷相的激光熔覆。激光熔覆铁基合金粉末适用于要求局部耐磨而且容易变形的零件。镍基合金粉末适用于要求局部耐磨、耐热腐蚀及抗热疲劳的构件。钴基合金粉末适用于要求耐磨、耐蚀及抗热疲劳的零件。陶瓷涂层在高温下有较高的强度,热稳定性好,化学稳定性高,适用于要求耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化性的零件。 在滑动磨损、冲击磨损和磨粒磨损严重的条件下,纯的Ni 基、C o 基和Fe 基合金粉末已经满足不了使用工况的要求,因此在合金表面激光熔覆金属陶瓷复合涂层已经成为国 内外学者研究的热点〔12〕 ,目前已经进行了钢、钛合金及铝合金表面激光熔覆多种陶瓷或金属陶瓷涂层的研究。如在钢 表面激光熔覆NiCrBS i -WC 〔13〕涂层、M oS i 2/T iC/Ni 涂层〔14〕 、 CaHPO 4.2H 2O/CaC O 3涂层〔15〕、Ni -Cr 3C 2和Ni -WC 涂层 〔16〕 及Al 2O 3-T iO 2涂层〔17〕 等等;在钛合金表面激光熔覆Ni -T i -S i 、NiCrBS i -T iC 、Al 2O 3-S iC 、T iN 、T i -Cr 3C 2涂层〔18〕 、B 4C -NiCrBS i 涂层〔19〕:在铝合金表面激光熔覆M o -WC 涂层〔20〕, M o -T iC 涂层〔21〕、M oS i 2-S iC 涂层〔22〕,S i -T iC 涂层〔23〕 等等。 3 激光熔覆存在的问题 评价激光熔覆层质量的优劣,主要从两个方面来考虑。一是宏观上,考察熔覆道形状、表面不平度、裂纹、气孔及稀释率等;二是微观上,考察是否形成良好的组织,能否提供所要求的性能。此外,还应测定表面熔覆层化学元素的种类和分布,注意分析过渡层的情况是否为冶金结合,必要时要进行质量寿命检测。目前研究工作的重点是熔覆设备的研制与开发、熔池动力学、合金成分的设计、裂纹的形成、扩展和控制方法、以及熔覆层与基体之间的结合力等。 稀释率是表征熔覆层品质的重要参数之一,是指在激光熔覆过程中由于熔化的基体材料的混入而引起的熔覆合金成分变化的程度。基体材料对熔覆层的稀释是不可避免的,要使界面处为冶金结合就必须使基材表面熔化;但为了保持基体材料及熔覆层各自的性能又要尽量避免基材稀释的影响。控制稀释率在适当的范围,一般认为在8%以下为宜。 张庆茂等〔24〕 的研究表明,对于宽带送粉激光熔覆,在激光处 1 李晓微等:激光熔覆技术的研究进展 《激光杂志》2007年第28卷第2期 LASER JOURNA L (V ol.28.N o.2.2007)