消除多道激光熔覆搭接孔洞的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種消除多道激光熔覆搭接孔洞的方法。該方法通過激光功率密度與單道熔覆層寬高比關系，確定最優(yōu)單道熔覆層寬高比；根據(jù)工藝參數(shù)與單道熔覆層寬高比關系式，可以計算確定所采用的工藝參數(shù)，以及搭接間距，以消除多道激光熔覆的搭接孔洞。本發(fā)明消除多道激光熔覆搭接孔洞方法不僅可以消除熔覆層中的搭接孔洞，還可以降低熔覆層開裂敏感性，提高熔覆層壽命。
【專利說明】消除多道激光熔覆搭接孔洞的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及激光熔覆【技術領域】，尤其涉及一種消除多道激光熔覆搭接孔洞的方法。
【背景技術】
[0002]激光熔覆技術作為一種新興的表面改性技術，由于其綠色無污染、效率高等優(yōu)點，在礦山機械、鋼鐵冶金等零部件修復過程被廣泛采用。在具體實施過程中，激光光斑寬度有限，因此也限制了每次掃描區(qū)域的寬度。通常采用逐道激光熔覆、道與道間采用搭接的方法，完成對整個表面區(qū)域的激光熔覆。由于前一道熔覆層的影響，在熔覆層搭接位置容易形成孔洞，這些孔洞往往是涂層的裂紋源，在激光熔覆過程必須消除。
[0003]傳統(tǒng)的消除方法是將激光束傾斜一定角度，使激光束盡可能垂直輻照到已有熔覆層表面，但是此種方法工藝分散性大。同時由于激光束的傾斜，使輻照在工件表面的光斑面積變大，導致有效功率密度減小，需要增加激光輸出功率。

【發(fā)明內容】

[0004](一 )要解決的技術問題
[0005]鑒于上述技術問題，本發(fā)明提供了一種消除多道激光熔覆搭接孔洞的方法。
[0006]( 二 )技術方案
[0007]本發(fā)明消除多道激光熔覆搭接孔洞的方法包括:步驟A，確定單道激光熔覆層寬高比初始值Wtl / h0,以及激光熔覆基本參數(shù)組中各個參數(shù)，包括:激光功率P、熔覆粉末密度P、激光掃描速度V、激光熔覆功率密度％、載粉氣體種類及流量；步驟B，由激光功率P和激光熔覆功率密度％，確定激光光斑直徑d;步驟C，由單道激光熔覆層寬高比初始值Wtl / Iv熔覆粉末密度P、激光掃描速度V和激光光斑直徑d，確定送粉率^ ;步驟D，利用如下參數(shù)對激光熔覆基材進行單道激光熔覆工藝試驗，得到單道激光熔覆層，測量單道激光熔覆層的寬度w與高度h的實驗值:激光功率P、激光掃描速度V、激光光斑直徑d、送粉率《、送粉載氣種類及流量；步驟E，由單道激光熔覆層的寬度w與高度h的實驗值，確定相鄰兩道熔覆層中心間距，即搭接間距c ;以及步驟F，利用如下參數(shù)對激光熔覆基材進行激光熔覆，得到消除搭接孔洞的激光熔覆樣品:激光熔覆基本參數(shù)組中各個參數(shù)、激光光斑直徑d和搭接間距C。
[0008](三)有益效果
[0009]從上述技術方案可以看出，本發(fā)明提供的消除多道激光熔覆搭接孔洞方法，不僅可以消除熔覆層中的搭接孔洞，還可以降低熔覆層開裂敏感性，提高熔覆層壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例消除多道激光熔覆搭接孔洞方法的流程圖；
[0011]圖2為單道激光熔覆層寬度與高度示意圖；[0012]圖3為利用本發(fā)明實施例方法獲得的激光熔覆樣品的截面圖。
【具體實施方式】
[0013]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬【技術領域】中普通技術人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應了解，參數(shù)無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應的值。實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明的保護范圍。 [0014]本發(fā)明通過激光功率密度與單道熔覆層寬高比關系，確定最優(yōu)單道熔覆層寬高比；根據(jù)工藝參數(shù)與單道熔覆層寬高比關系式，可以計算確定所采用的工藝參數(shù)，以及搭接間距，以消除多道激光熔覆的搭接孔洞。
[0015]在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提供了一種消除多道激光熔覆搭接孔洞方法。圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例消除多道激光熔覆搭接孔洞方法的流程圖。請參照圖1，本實施例消除多道激光熔覆搭接孔洞的方法包括:
[0016]步驟A，確定單道激光熔覆層寬高比初始值Wtl / h0,以及激光熔覆基本參數(shù)組中各個參數(shù)，包括:激光功率P、熔覆粉末密度P、激光掃描速度V、激光熔覆功率密度％、載粉氣體種類及流量；
[0017]激光熔覆過程中，送粉方式可以采用側向送粉和同軸送粉方式。熔覆粉末根據(jù)激光熔覆的實際需求選擇，從而確定熔覆粉末密度P。
[0018]載粉氣體可以是氮氣、氬氣、氦氣、壓縮空氣，以及這些氣體的組合。氣體流量控制在 3L / min ~IOL / min。
[0019]本實施例中，激光熔覆用激光器包括固態(tài)激光器、氣體激光器以及半導體激光器。根據(jù)工程經(jīng)驗，激光熔覆時激光掃描速度在3mm / s~IOmm / s之間較為適合,不會引起激光熔覆層開裂，因此，激光掃描速度在上述范圍內由用戶選擇。
[0020]激光熔覆功率密度％由熔覆粉末的種類和用戶實際需求決定，一般情況下，激光熔覆對功率密度在以下范圍內選擇=IO3W / Cm2~IO5W / Cm2。
[0021]經(jīng)過大量工藝試驗發(fā)現(xiàn)，當單道激光熔覆層寬度w與高度h比大于3: I時，搭接區(qū)一般不會出現(xiàn)搭接孔洞，且隨著單道激光熔覆層寬度w與高度h比增大，搭接孔洞的出現(xiàn)幾率降低。但是當單道激光熔覆層寬度w與高度h比過大時(大于5:1)，所獲得的激光熔覆層厚度較小，最優(yōu)的單道激光熔覆層寬度w與高度h比為3: I~5: I之間。因此，單道激光熔覆層寬高比初始值Wtl / Iitl也在該范圍內取值。
[0022]根據(jù)工程經(jīng)驗激光功率P取值范圍:800W~1300W ;在該激光功率條件下，單道激光熔覆層寬度與高度比值與激光工藝參數(shù)存在如下關系:
[0023]^ = 0.45X pld +1(I)
h m
[0024]其中:熔覆粉末密度P的單位為g/mm3 ;激光束掃描速度V的單位為mm / s ;激光光斑直徑d的單位為mm ;送粉率汾的單位為g/min。[0025]步驟B，依據(jù)下式，由激光功率P和激光熔覆功率密度％，確定激光光斑直徑d:
【權利要求】
1.一種消除多道激光熔覆搭接孔洞的方法，其特征在于，包括: 步驟A，確定單道激光熔覆層寬高比初始值Wtl / tv以及激光熔覆基本參數(shù)組中各個參數(shù)，包括:激光功率P、熔覆粉末密度P、激光掃描速度V、激光熔覆功率密度％、載粉氣體種類及流量； 步驟B，由所述激光功率P和激光熔覆功率密度％，確定激光光斑直徑d ； 步驟C，由所述單道激光熔覆層寬高比初始值Wtl / Iitl、熔覆粉末密度P、激光掃描速度V和激光光斑直徑d，確定送粉率? ； 步驟D，利用如下參數(shù)對激光熔覆基材進行單道激光熔覆工藝試驗，得到單道激光熔覆層，測量單道激光熔覆層的寬度w與高度h的實驗值:激光功率P、激光掃描速度V、激光光斑直徑d、送粉率A、送粉載氣種類及流量； 步驟E，由單道激光熔覆層的寬度w與高度h的實驗值，確定相鄰兩道熔覆層中心間距，即搭接間距c ;以及 步驟F，利用如下參數(shù)對激光熔覆基材進行激光熔覆，得到消除搭接孔洞的激光熔覆樣品:激光熔覆基本參數(shù)組中各個參數(shù)、激光光斑直徑d和搭接間距C。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B中，依據(jù)下式確定激光光斑直徑d:
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C中，依據(jù)下式確定送粉率治:.QASpVd2
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟E中，依據(jù)下式確定搭接間距C:
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，所述步驟A中，激光功率P的取值范圍為:800W~1300W。
6.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，所述步驟A中，所述單道激光熔覆層寬高比初始值Wtl / Iitl的取值范圍為:3:1~5:1。
7.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，所述步驟A中，所述激光熔覆功率密度Q0的取值范圍為=IO3W / Cm2~IO5W / Cm2。
8.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，所述步驟A中，載粉氣體為氮氣、IS氣、氦氣、壓縮空氣或這些氣體的組合，氣體流量控制在3L / min~IOL / min。
9.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，所述步驟A中，所述激光熔覆的送粉方式為側向送粉和同軸送粉；所述激光掃描速度V的取值范圍:3mm / s~IOmm /So
10.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，所述激光熔覆基材為:碳鋼、不銹鋼、鑄鐵或合金鋼材料； 所述熔覆粉末為:鐵基合金粉末、鎳基合金粉末、鈷基合金粉末、CrC、WC以及上述粉末的混合粉末。
【文檔編號】C23C24/10GK103695901SQ201310741495
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權日:2013年12月27日
【發(fā)明者】林學春, 趙樹森, 周春陽, 高文焱, 王奕博, 劉發(fā)蘭 申請人:中國科學院半導體研究所