高速激光熔覆工艺知识要点及各种工艺问题的原因分析

木京

　　高速激光熔覆工艺已经得到了市场的高度认可，高速激光熔覆代替普通激光熔覆将成为行业技术发展的必然趋势。但激光熔覆是一种较为复杂的工艺过程，为帮助广大高速激光熔覆用户较快的掌握工艺，中科中美根据多年的经验，把高速激光熔覆工艺的知识要点和各种工艺问题的原因总结如下，希望对广大的业内同行能有所帮助。

1. 高速激光熔覆的工作原理 

高速激光熔覆是利用高能激光束将金属粉末流在空中熔化，同时也将基体熔化形成熔池，熔化的粉末和熔化的基体结合后，快速冷却形成冶金结合的涂层。 

2. 高速激光熔覆的几个关键参数及其对熔覆效果的影响 

（1）激光功率：功率大小直接决定单位时间内可以熔化的粉末量，影响熔覆效率。在其他工作参数确定时，功率过小，可能会导致粉末熔化不彻底，磨抛后出现麻点，结合力不够，涂层硬度偏低；功率过大，有可能熔道过熔，导致表面出现斜皱纹。 

（2）送粉量：粉流与激光相遇后，吸收激光能量。粉量越大，吸收的激光能量越多。粉量过大时，会导致激光能量不足，出现涂层熔不透，磨抛后出现麻点，还会出现基体不能形成熔池，涂层和基体不能实现冶金结合，导致涂层脱皮问题。粉量大，粉末利用率低；粉量小，粉末利用率高。 

（3）线速度：线速度越大，熔覆越薄，线速度越小，熔覆越厚。线速度过大，会导致基体不能形成熔池，涂层和基体不能很好冶金结合，熔道冷却慢，红色尾巴过长，出现脱皮现象。线速度小可提高涂层硬度以及粉末利用率。 

（4）步进：步进越小，搭接率越大，涂层表面越细腻；步进越大，搭接率越小，涂层条纹越明显。步进影响稀释率，步进小时，照射到基体上的激光能量小，稀释率低；步进大时，照射到基体上的激光能量多，稀释率高。 

（5）送气量：气体有两个作用，一是输送粉末，二是保护高温涂层，防止氧化。送粉气量过小，容易堵粉；送粉气量过大，粉末速度过快，弹射大，粉末利用率低。一般情况下，氩气比氮气对涂层的保护更好，涂层质量更高。 

（6）喷嘴高度：喷嘴过高，粉末发散大，粉末利用率低；过低，熔覆过程喷嘴容易粘粉。 

3. 高速激光熔覆过程中容易出现的几个问题及其可能原因 

（1）脱皮

这是由于基体没有形成熔池，粉末与基体没有冶金结合，可能的原因有：功率过低；粉量过大；线速度过快；工件表面有油污或电镀层等。

（2）裂纹

涂层出现裂纹的原因有：基体硬度过高（淬火、渗碳/氮）；基体有疲劳层；粉末硬度过高等。镍基粉末容易出现裂纹；硬度高的粉末多层熔覆时，也会出现裂纹。 

（3）气孔

涂层出现气孔的原因有：基体有锈迹油污；粉末有杂质；粉流不稳；粉量过大；功率不够；或线速度过大等。 

（4）浮粉多，涂层无金属光泽

可能的原因有：粉量过大；功率过小；线速度过快；喷嘴高度过高；激光光斑过小；镜片污染等。 

（5）磨抛后出现麻点

可能的原因有：功率不够；粉量过大；线速度过快等。 

（6）涂层出现斜皱纹

可能的原因有：功率过大；熔池温度过高；粉末过度液化。 

（7）喷嘴粘粉

可能的原因有：粉末弹射太高；铜头温度过高；喷嘴工作距离过低，喷嘴表面太粗糙或污染（建议抛光处理）。熔覆头偏离中心放置，有利于减少粘粉现象。

（8）堵粉

可能的原因有：粘粉没有及时清除；粉末流动性不好；粉末有杂质或粉末受潮（要烤干）等。在多路送粉时，各路送粉不均等是堵粉的重要原因。

（9）熔覆时有滋滋声

可能的原因有：粉末受污染；粉末受潮；基体不干净等。功率密度过大也会导致熔池金属气化，产生熔覆噪声。这些问题会影响涂层防腐性。 

（10）熔覆火花飞溅大

可能的原因有：线速度过大；功率密度过大；功率和粉量不匹配；气流量过大等。

（11）粉流不稳，进而导致涂层不平整

粉流不稳的原因有：刮板磨损大；送粉通道堵塞；气流过小；送粉器密封圈处密封不好或送粉管破损等导致漏气等。 

（12）熔覆效率下降（涂层厚度变薄）

可能的原因：保护镜污染；刮板磨损；工作距离不合适；出粉孔被磨大，粉流变粗；激光功率下降等。

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