一.激光熔覆特點

1.技術特點

激光熔覆最重要的特點是熱量集中、加熱快、冷卻快、熱影響區(qū)小，特別對不同材質(zhì)之間熔融有著其它熱源無法比擬的特點，也正是這一特殊的加熱和冷卻過程，在熔鑄區(qū)域產(chǎn)生的組織結構也不同于其它熔覆（如噴焊、堆焊、普通焊接等）手段，甚至可以產(chǎn)生非晶態(tài)組織，特別是脈沖激光更為明顯。

這就是所謂激光熔覆無退火、不變形的原因，但是，這只是從工件整體宏觀講，而當你對熔覆層和熱影響區(qū)進行微觀分析時，你會看到另一種景象。

2.設備特點

激光熔覆，目前國內(nèi)采用的機型有：CO2激光器和YAG激光器。前者為連續(xù)輸出，熔覆功率一般在3KW以上；YAG激光為脈沖輸出，一般在600W左右。其次，最近幾年推出的還有半導體固體激光器，體積小，熔覆功率可達到6000W，甚至更高。

對于設備，一般使用者很難吃透，嚴重依賴生產(chǎn)方的服務，購買價格昂貴，維護成本、零部件價格很高，再加上設備穩(wěn)定性和耐受性與國外比較普遍都有差距，因此，激光熔覆機一般用在特殊領域，普通工業(yè)制造、維修領域難有效益。

3.工藝特點

（1）前期處理

激光熔覆，一般只需將工件打磨干凈，除油，除銹，去疲勞層等，比較簡單。

（2）送粉

幾種激光器的送粉形式比較多樣，一般都有，預置送粉，異步送粉，同步送粉（旁軸送粉，同軸送粉）。

（3）從熔池形成的狀態(tài)看

由于激光的控制精度高，輸出功率恒定，且沒有電弧接觸，所以熔池大小深度一致性好。

（4）加熱快、冷卻快

影響金屬相形成的均勻度，也對排氣浮渣不利，這也是造成激光熔覆形成氣孔、硬度不均的重要原因，特別是YAG激光傾向更嚴重。

（5）材料選擇

由于不同材料對不同波長激光的吸收能力不同，造成激光熔覆材料選擇限制較大，激光更適于鎳基自熔性合金等一些材料，對碳化物、氧化物的熔覆更困難一些。

二.微束等離子熔覆特點

1.技術特點

微束等離子熔覆機所采用的等離子束，是一種電離弧，比弧焊機熱量更集中，所以加熱速度更快。為了獲得更集中的離子束，一般采用高壓縮比孔徑、小電流，以便控制基體溫度不致太高，避免引起退火變形。當然，這與YAG激光器加熱速度無法比擬。由于等離子弧為連續(xù)工作，造成機體冷卻相對較慢，形成的過渡區(qū)域比激光熔覆要深一些，這對硬面材料熔覆來說，應力會釋放的好一些。

2.設備特點

微束等離子熔覆設備是在直流焊機的基礎上發(fā)展而來，其電源、噴槍、送粉器、擺動器等，技術門檻低，容易制造，可靠性好，維護使用簡單，耗電少，使用成本低，通用性好，生產(chǎn)成本低，適應性好，便于規(guī)模化生產(chǎn)，效益顯著，對環(huán)境要求低，對材料適應廣泛。

隨著電氣技術的進步，我國的焊機技術水平已經(jīng)具備足夠的支持能力。另外，設備體積小，重量小，焊槍可以手持把握，這使它使用起來更靈活方便，輔助工裝的造價便宜。

3.工藝特點

（1）前期處理簡單

只需除銹、去污、去疲勞層即可。

（2）送粉

采用氬氣送粉，送分精度要求低，可以有一定的傾斜度。這樣就允許手工操作，對于金屬修復比較適用。

（3）微束等離子穩(wěn)定性好

微束等離子的穩(wěn)定性好，熔池的形成也易于控制，敷材與機體融合充分，區(qū)域過度較好。

（4）加熱和冷卻速度低于激光

熔融狀態(tài)維持時間長，有利于金相組織均勻形成，排氣浮渣較好，在粉末噴出過程中就已經(jīng)加熱，且有氬氣和離子氣的保護，所以熔覆層均勻度更好，氣孔夾渣等缺陷更少。

（5）材料選擇

等離子加熱方式對材料限制少，材料選擇更廣泛，對碳化物、氧化物的熔覆更容易一些。

三.關于熔覆中的幾個問題

1.關于焊接應力

我們必須建立一個概念，不管使用了什么樣的名詞（如焊接、堆焊、噴焊、熔覆等）都是在加熱的情況下，在金屬基體上的熔鑄。那么從加熱到熔鑄，再到冷卻這一過程中，必然產(chǎn)生應力。

除了極特殊材料，一般影響最大的還是收縮應力。不同的焊接方式，無非是從加熱方式、速度、填充材料和一些其它條件不盡相同。那么，減少這種應力對基體及熔鑄層的影響，都是我們追求焊接質(zhì)量時要考慮的重要方面。

我以為，收縮應力無法避免，那么，應力釋放才是解決焊接應力問題的關鍵。也就是說，這種收縮應力釋放到哪里，從基體到熔鑄區(qū)域應力如何分配，才是我們需要而且能夠解決的問題。

2.為什么激光焊接（熔覆）變形小

主要是熔鑄區(qū)域小，過渡區(qū)域小，收縮量小。那么材料在收縮過程中所產(chǎn)生的收縮力，不足以使整個機體變形，這就是所謂激光熔覆不變形的原因（所以當機體尺寸過小時同樣會產(chǎn)生變形），這也是激光焊接（熔覆）的優(yōu)勢。

那么，這種焊接應力到哪里去了呢？它主要是釋放到熔鑄區(qū)域和過渡區(qū)域了。那么，這就產(chǎn)生了兩個問題：

一是熔鑄區(qū)容易產(chǎn)生裂紋，所以，激光熔覆對材料的延展性要求比較高，如鎳基粉末；

二是過渡區(qū)應力大，由于激光焊接過程中加熱快冷卻快，產(chǎn)生的過渡區(qū)尺寸過小，造成這一區(qū)域應力集中，這就影響了激光焊接（熔覆）的結合效果。特別是在基體與焊材機械性能相差較大時，傾向更嚴重，甚至產(chǎn)生脫落現(xiàn)象，這就要求在激光熔覆時，格外注意過渡層的材質(zhì)和厚度設計。

3.為什么等離子熔覆（堆焊）不易產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷

主要原因有三：

一是等離子做熱源進行熔覆（堆焊）與埋弧焊氣保焊等熱量更加集中，離子弧穩(wěn)定性更好，沒有電極熔耗，輸出熱量均勻，便于控制，這樣使得熔鑄區(qū)熱量分布均勻，材料熔合充分均勻，排氣浮渣都充分，收縮應力分布均勻。

二是由于等離子設備控制精度高，對熔鑄區(qū)和過渡區(qū)的控制方便，且均勻度好，應力分配更容易控制合理。

三是用氬氣保護不需要各種添加劑，也不存在排氫、氧化等問題，所以等離子熔覆（堆焊）更適合大面積、大厚度、高質(zhì)量的硬面熔鑄（如高錳、高鉻陶瓷材料等），適合于制造耐磨板、閥門、軋輥等。

4.熔覆的工藝性

關于激光熔覆和等離子熔覆，有許多同行發(fā)表了很多文章，大部分都強調(diào)激光的優(yōu)勢，這也是大家所追求的目標。然而，多數(shù)是從微觀角度用金相分析的方法評價激光的。

但凡事都有其兩面性，激光熔覆也有其劣勢。在工藝方面就有許多限制，在生產(chǎn)實際中更需要高的操作技能，給許多客戶造成困難。我認為，主要是加熱快冷卻快造成的熔覆層熔融時間過短造成光斑外緣和內(nèi)緣差別大，組織形成不均勻，應力分配不勻，排氣浮渣不充分，造成硬度不均，易形成氣孔夾渣等問題，難以獲得大面積完美的熔覆層，YAG激光尤其為甚。所以，激光熔覆從選材到操作都應格外細致。

等離子熔覆相對激光講輸入熱量大，基體變形量比激光大。但其熔融充分，硬度分布均勻，排氣浮渣徹底，材料選擇范圍廣，易于操作，易獲較為完好的整體熔覆層，成本低，效益好，因此，在大面積、大厚度熔覆方面有著明顯優(yōu)勢。