激光扫描速度对激光熔覆宏观质量的影响规律VIP专享VIP免费

激光扫描速度对激光熔覆宏观质量的影响规律哈永滨工业大学徐庆鸿郭伟田锡唐文摘在已定激光器的条件下,激光熔覆唯一可变的工艺参数为扫描速度。扫描速度的变化意味着试件热输入量的不同,激光与涂层相互作用的时间不同,单位面积的热输入量不相同,从而使得熔覆后熔覆质量也相差很大。通过改变激光扫描速度,系统地研究了熔覆道形状,表面不平度、表面裂纹,气孔率和稀释率的变化规律,为合理选择激光熔覆工艺参数提供了理论基础。主题词激光熔覆扫描速度质量控制引言评价激光熔覆质量的好环,主要应考虑两方面内容。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,如耐磨、耐蚀等。除此之外,还应用微区成分分析方法测定表面改性层化学元素的种类及分布,特别要注意分析过渡层的情况以判定是否为冶金结合,必要时进行质量寿命检测。这里主要研究涂层为镍基合金,厚度为0.3一0.smm,激光功率为1500W单道熔覆时,扫描速度与激光熔覆宏观质量的关系。H~~一一熔覆道高W—熔覆道宽0一一琳容覆层边界角图1激光单道熔覆熔层形状示意图2扫描速度与激光熔覆宏观质量的关系2.1熔覆层的宏观形貌2.1.1熔覆道形状如图1所示,单道激光熔覆时,熔覆道的形状主要取决于熔覆层的高度、宽度以及这两者所决定的熔覆层边界角。·利用几何原理的知识可以得到边界角e与高宽比H/W的函数关系式:sino一(H/w)〔(H/w)2+0.25〕该式的物理意义在于:e角是H/W的单一函数,可以利用O角作为熔层的形状因子来衡量熔层的外观形状。由实验结果可知,熔覆层的高宽比和边界角随激光扫描速度的变化规律如图2和图3所不。在一般情况下,口角介于90。一180泛间,并随着H/W的增大而相应减小,所以航天工艺1997年第4期\\\\\\、\、、_随着扫描速度的变化,激光单道熔覆时的表面不平度随之变化,利用表面粗糙度测试仪测量了垂直于激光扫描方向上的表面不平度情况、测得的表面不平度随扫描速度的变化情况如图4所示。八卜ƒ了厂n户勺‘弓、J、奋n†nUOƒU…UCU们莽一工0.20.30.40.50.60.70.8扫描速度(m/min)图2高宽比曲线/厂/尸洲~//了///0.050.040.030.020.010一0.01一0.02一003才\、/入/\z尸扩\\\、\闪伙\ƒ目n们6‘”11口1.0.20.30.40.50.60.70.8扫描速度(m/min)图4表面不平度变化曲线On†4内j11.,1.由图中可知、实际上,金属表面的最终粗糙度取决于熔池表面的张力大小和熔池后端起伏的高度,当激光功率密度较高时,减慢扫描速度,可使合金熔池的表面积增大,这将减弱其径向表面张力梯度的作用,但这又会促使熔池后端的凸出形成;因此.在扫描速度与表面粗糙度的关系间存在极大值。2.2表面裂纹在激光作用层内存在大的热应力和开裂倾向是激光熔覆的主要缺点,特别是在熔覆层和基体交界处的开裂,常导致表面改性层剥落。这是目前该技术工业化的主要障碍之一。熔层内的裂纹的产生情况取决于熔覆层材料、基体材料及激光熔覆工艺参数。激光熔覆一个固有的特点即快速加热、快速冷却,不可避免地在熔层内产生较大的热应力,熔层内应力集中区域在较大的拉应力的作用下产生裂纹是激光熔覆裂纹开裂的主要机理。激光熔覆时的表面裂纹随扫描速度的变化规律如图5所示。结果发现,在较小的热能量输人的情况nn†凡艺1.1‘.已口.孟0.20.30.40.50.60.70.8扫描速度(m/min)图3边界角O曲线O角表现了熔层材料、激光工艺参数等因素对熔层形状影响的综合反映。此外熔层边界角e作为熔层外观质量判定指标的另一意义在于,对于实际生产中多道搭接激光熔覆时,O角直接影响着熔覆层质量。W.M.Sten研究表明:多道搭接激光熔覆中,边界角O必须大于120。,应控制在150。以内,否则会产生‘·运行孔洞”,并引起搭接区裂纹。2.1.2表面不平度激光熔覆处理后、工件的表面常有凹凸不平的现象、分析引起表面粗糙不平的主要原因是:在激光作用下,合金熔池表面存在大的径向表面张力梯度。该表面张力梯度,具有双重效应,它不仅引起了高温下合金元素的快速混合、而且导致其凝固表面的凹凸不平,所以必须进行后续处理,来降低粗糙度。航天工艺1997年第4期下,仍然有裂纹产生、主要是合金中Si。加人较高含量的B、Si、一方面降低了熔覆层材l412/盯厂/\/...