激光熔覆合金化技術(shù)

激光熔覆技術(shù)是采用激光束在選定工件表面熔覆一層特殊性能的材料,以改善工件表面性能的工藝。與傳統(tǒng)的噴焊或者堆焊工藝相比，激光熔覆技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)激光束的能量密度高，只要注入較少的能量就可以完成激光熔覆。零件熱影響區(qū)小，變形小，因此適合強(qiáng)化或者修復(fù)一些高精度零件或者對(duì)變形要求嚴(yán)格的零件，如精軋輥的表面強(qiáng)化處理。

(2)激光熔覆層稀釋率低，且可以精確控制，熔覆層的成分與性能主要取決于熔覆材料的成分。因此，可以采用各種性能優(yōu)良的材料對(duì)基材表面進(jìn)行改性。特別是可以采用激光熔覆技術(shù)修復(fù)一些常規(guī)堆焊工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)的工件，如渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、軋輥的主軸、電機(jī)主軸等。

(3)激光熔覆層組織致密，微觀缺陷少，熔覆層與基材為冶金結(jié)合，強(qiáng)度高，因此可以用于一些重載條件下零件的表面強(qiáng)化與修復(fù)，如大型軋輥、大型齒輪、大型曲軸等零件的表面強(qiáng)化與修復(fù)。

(4)激光熔覆層的尺寸大小和位置可以精確控制，設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的導(dǎo)光系統(tǒng)，可對(duì)深孔、內(nèi)孔、凹槽、盲孔等部位激光處理，采用一些特殊的導(dǎo)光系統(tǒng)如寬帶掃描系統(tǒng)，可以使單道激光熔覆層寬度達(dá)到20~30mm，每次熔覆的最大厚度可達(dá)3mm以上。通過(guò)多道搭接可以實(shí)現(xiàn)工件表面的大面積和大厚度激光熔覆，滿(mǎn)足不同形狀、尺寸的軋輥等典型易損件的激光表面強(qiáng)化與修復(fù)的要求。

激光熔覆工藝依據(jù)材料的添加方式不同，分為預(yù)置涂層法和同步送料法。一般通過(guò)添加合金粉末完成激光熔覆。激光表面合金化與激光熔覆工藝過(guò)程類(lèi)似，也是通過(guò)添加合金元素改變工件表面的成分、組織與性能。但激光表面合金化與激光熔覆工藝的最大差別在于，前者添加的合金元素與基材充分混合，兩者一起共同決定表面層的性能。而激光熔覆則主要利用所添加合金粉末的性能，基材對(duì)表面合金化層性能的貢獻(xiàn)很小。對(duì)于冶金行業(yè)軋輥、導(dǎo)位、輸送輥、夾送輥、剪刃等大量易損件來(lái)說(shuō)，激光熔覆與合金化技術(shù)的最大好處是，將軋輥的整體合金化變成表面合金化或者熔覆，使軋輥等易損件的使用壽命大幅度提高的同時(shí)，生產(chǎn)成本增加有限。顯然，合金粉末的設(shè)計(jì)、選擇與使用正確與否是該項(xiàng)技術(shù)能否成功的關(guān)鍵。

激光焊接是激光材料加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一。其原理是將高強(qiáng)度的激光輻射至金屬表面，通過(guò)激光與金屬的相互作用，使金屬熔化形成焊接。由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已成功地應(yīng)用于微、小型零件的精密焊接中。高功率CO2及高功率YAG激光器的出現(xiàn)，開(kāi)辟了激光焊接的新領(lǐng)域，獲得了以小孔效應(yīng)為理論基礎(chǔ)的深熔焊接，在機(jī)械、汽車(chē)、鋼鐵等工業(yè)部門(mén)獲得了日益廣泛的應(yīng)用。

與其它焊接技術(shù)比較，激光焊接的主要優(yōu)點(diǎn)是：

激光焊接速度快、深度大、變形小。

能在室溫或特殊條件下進(jìn)行焊接，焊接設(shè)備裝置簡(jiǎn)單。例如，激光通過(guò)電磁場(chǎng)，光束不會(huì)偏移;激光在真空、空氣及某種氣體環(huán)境中均能施焊，并能通過(guò)玻璃或?qū)馐该鞯牟牧线M(jìn)行焊接。

　　激光聚焦后，功率密度高，在用高功率激光器焊接工件時(shí)，深寬比可達(dá)5:1,最高可達(dá)10:1。

可焊接難熔材料如鈦、石英等，并能對(duì)異性材料施焊，效果良好。例如，金剛石鋸片，用激光將基材(65Mn)和高強(qiáng)超硬的人造金鋼石焊接，使這種鋸片壽命、價(jià)值倍增。

可進(jìn)行微型焊接。激光束經(jīng)聚焦后可獲得很小的光斑，且能精密定位，可應(yīng)用于大批量自動(dòng)化生產(chǎn)的微、小型元件的組焊中。例如，集成電路引線、鐘表游絲、顯像管電子槍組裝、手機(jī)電池的封焊等由于采用了激光焊，不僅生產(chǎn)效率大大提高，且熱影響區(qū)小，焊點(diǎn)無(wú)污染，大大提高了焊接的質(zhì)量。

可焊接難以接近的部位，施行非接觸遠(yuǎn)距離焊接，具有很大的靈活性。尤其是近幾年來(lái)，在YAG激光加工技術(shù)中采用了光纖傳輸技術(shù)，使激光焊接技術(shù)獲得了更為廣泛的推廣與應(yīng)用。

激光束易實(shí)現(xiàn)光束按時(shí)間與空間分光，能進(jìn)行多光束同時(shí)加工及多工位加工，為更精密的焊接提供了條件。

目前我國(guó)鋼鐵行業(yè)處于主導(dǎo)地位得典型冷軋工藝路線是：轉(zhuǎn)爐冶煉-爐外精煉-初軋開(kāi)坯-熱連軋-酸洗-冷軋-退火-平整-鍍鋅(錫)-成產(chǎn)品。在此典型的冷軋工藝中，帶材焊接設(shè)備必不可少。在運(yùn)行過(guò)程中，先行鋼帶與后行鋼帶必需進(jìn)行焊接，才能保證生產(chǎn)線的連續(xù)作業(yè)。硅鋼板帶在線運(yùn)行時(shí)，需經(jīng)多次“S”型彎曲變形和承受一定的運(yùn)行張力，從而對(duì)焊縫的性能和質(zhì)量有很高要求。