實際工作中,高速熔覆涉及的主要技術參數(shù)包括兩個方面:一是激光熔覆過程中設備的調(diào)試設置參數(shù),稱為加工參數(shù);二是熔覆完成后對熔覆效果質(zhì)量的檢測評價參數(shù),稱為檢測參數(shù)。
加工參數(shù)主要包括激光功率、搭接率、熔覆速度、送粉量、送粉氣壓和保護氣氣壓等5項關鍵參數(shù)。
(1)激光功率:激光器單位時間內(nèi)輸出的能量。高速激光熔覆一般用kW級激光器,如中科中美生產(chǎn)的ZKZM-2000W和ZKZM-4000W在市場上推廣應用較多,可滿足大部分的科研和生產(chǎn)需求。
(2)搭接率:搭接率一方面影響熔覆層表面粗糙度,另一方面影響熔覆效率。高速熔覆的搭接率較高,一般為60%-80%(普通熔覆的搭接率為30%-50%)。
(3)熔覆速度:熔覆線速度和熔覆效率均可表示熔覆速度大小。中科中美ZKZM-4KW熔覆實測線速度可做到5m/min-100m/min,在熔覆厚度0.2-1.2mm時,熔覆效率每小時0.5-1.2平方米。
(4)送粉量:高速熔覆的送粉量主要與粉末熔點特性、激光功率、工件運動線速度有關,既要保證粉末充分熔化,同時粉末也不能過燒。
(5)送粉氣壓和保護氣氣壓,高速熔覆的送粉方式為氣動送粉,送粉氣壓要與送粉量想匹配。保護氣氣壓的選擇既要在熔池周圍形成保護區(qū)域,減少氧化,也不能太大,影響粉末的飛行路徑。
檢測參數(shù)是在高速熔覆完成后,對熔覆層質(zhì)量好壞的衡量參數(shù),主要包括熔覆層厚度、結合強度、孔隙率、稀釋率、表面粗糙度、硬度耐磨性等6項關鍵參數(shù)。
(1)熔覆層厚度:熔覆層厚度主要取決于熔覆功率、送粉量和工件運動線速度。高速熔覆可實現(xiàn)0.2-1.5mm的熔覆層厚度,特殊情況下,可進行多層熔覆實現(xiàn)較厚的熔覆厚度。但0.5mm以下的熔覆層厚度更能發(fā)揮高速熔覆的優(yōu)勢。
(2)結合強度:高速激光熔覆與熱噴涂的最主要區(qū)別在于:高速熔覆在熔化粉末的同時,也將小部分能量用于熔化工件基體,熔融粉末在熔融基體界面處產(chǎn)生原子相互擴散而形成冶金結合。高速激光熔覆層與基體結合強度可高達360MPa以上。
(3)孔隙率:空隙的出現(xiàn)主要原因有粉末未熔化充分、粉末過度氧化等,選擇適當?shù)娜鄹补β?、送粉量和工件運動速度,高速熔覆的孔隙率可接近零。
(4)稀釋率:指熔敷金屬被稀釋的程度,用基材在熔覆層中所占的百分比來表示。稀釋率對熔覆層性能有較大的影響。稀釋率的大小主要受金屬粉末流量、熔覆功率和熔覆速率等因素影響。中科中美大量的用戶數(shù)據(jù)表明,高速熔覆的稀釋率極低,可降到3%以下。
(5)表面粗糙度:高速熔覆層的表面平整度受搭接率、送粉量大小、載氣流壓力以及機床運動精度等多方面因素等影響。參數(shù)匹配恰當,高速熔覆層的粗糙度可實現(xiàn)熱噴涂的效果。
(6)硬度耐磨性:高速熔覆層的硬度耐磨性主要取決于粉末特性。
實際高速激光熔覆工作中,需要根據(jù)粉末、基材特性及加工需求,設置合適的加工參數(shù),以實現(xiàn)各項技術檢測指標要求。