一種不等寬損傷件多道均勻搭接激光熔覆修復方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及激光加工領域，特指一種不等寬損傷件多道均勻搭接激光熔覆修復方 法，特別適用于修復損傷溝槽寬度不均勻的金屬件。
【背景技術】
[0002] 激光熔覆是一種優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、環(huán)保的表面改性技術，通過在基材表面添加熔 覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成 與其為冶金結合的添料熔覆層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性 的工藝方法，從而達到表面改性或修復的目的，既滿足了對材料表面特定性能的要求，又節(jié) 約了大量的貴重元素。
[0003]與傳統(tǒng)的堆焊及熱噴涂工藝對比，激光熔覆技術具有如下優(yōu)點：（1)激光束光斑 小且能量密度高，在熔覆過程中可以將熱影響區(qū)及熱形變程度降至最低；（2)熔覆層與基 體的結合為冶金結合，其強度高，不易剝落；（3)激光熔覆技術是一種環(huán)保型的新技術，其 自動化程度較高，結合多道多層搭接技術可獲得不同尺寸的熔覆層。
[0004] 然而就現(xiàn)有的激光熔覆技術而言，對于尺寸較大且寬度不斷變化的金屬損傷溝 槽，采用一般的多道多層搭接修復技術雖然可以完成損傷件的尺寸修復，但是對于不同寬 度的區(qū)域采用不規(guī)則的多道搭接修復技術會導致熔覆層內(nèi)部組織和性能分布不均等缺陷， 甚至會產(chǎn)生堆積效應，嚴重影響熔覆質(zhì)量，導致熔覆過程無法繼續(xù)進行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種不等寬損傷件多道均勻搭接激光熔覆修 復方法，針對損傷溝槽寬度逐漸變化的金屬損傷件，先使用輪廓儀掃描損傷溝槽寬度的變 化曲線，根據(jù)溝槽寬度及激光光斑直徑的變化范圍選擇合理的激光熔覆熔道數(shù)及光斑搭接 率，保持其他參數(shù)不變，通過控制激光光斑尺寸隨損傷溝槽的寬度變化而變化，使得溝槽不 同寬度處激光熔覆的熔道數(shù)和搭接率相同；本發(fā)明實現(xiàn)了不等寬損傷件的多道均勻搭接激 光熔覆修復，有效改善了不等寬損傷件由于激光熔覆熔道數(shù)不同及搭接不均勻而導致的組 織和性能分布不均等缺陷。
[0006]其具體步驟為： (1)使用輪廓儀掃描損傷溝槽的表面輪廓，獲得損傷溝槽寬度L的變化曲線。
[0007] (2)根據(jù)所測損傷溝槽寬度L的變化曲線及激光光斑直徑D的變化范圍選擇合理 的光斑搭接率々及激光熔覆熔道數(shù)N。
[0008] 本步驟中的激光光斑直徑D的變化范圍為0. 5~5 mm，所述光斑搭接率??的變化范
[0009] (3)根據(jù)步驟⑴及步驟⑵中所獲得的溝槽寬度L的變化曲線、激光熔覆熔道 數(shù)N及激光光斑搭接率漱，計算出激光光斑直徑D隨溝槽寬度L變化的關系曲線。
[0010] (4)從損傷溝槽的任一側開始進行第一道激光熔覆，控制激光光斑直徑D按照步 驟（3)所算得的關系曲線而變化。
[0011] 激光熔覆參數(shù)范圍如下：激光功率400~1800W、掃描速度4~9mm/s、保護氣Ar 3~5L/min、送粉速率：8~20g/min。
[0012] (5)按照步驟（2)所確定的光斑搭接率々，將光斑位置向溝槽另一側偏移一段距 離S，進行第二道激光熔覆，其光斑直徑D的變化規(guī)律與步驟（4)相同。
[0013] 本步驟中的光斑偏移距離S根據(jù)公式5=^X1計算得到，第二道激光熔覆參數(shù) 與步驟⑷相同。
[0014] (6)重復步驟（5)，直至完成第N道激光熔覆，至此第一層激光熔覆完成，重復操 作過程中激光熔覆參數(shù)與步驟（4)相同。
[0015](7)重復上述步驟（4)、（5)、（6)，直至完成多層激光熔覆修復工作，重復操作過程 中激光熔覆參數(shù)與步驟（4)相同。
[0016] 本發(fā)明的有益效果：采用上述方法對不等寬損傷件進行多道均勻搭接激光熔覆修 復，可使不同寬度部位的激光熔覆熔道數(shù)相同，且相鄰熔道之間及同一熔道不同區(qū)域的搭 接率也相同；該方法有效改善了不等寬損傷件由于激光熔覆熔道數(shù)不同及搭接不均勻而導 致的組織和性能分布不均等缺陷，避免了因搭接不均勻產(chǎn)生堆積效應，確保激光熔覆過程 尚效順利的進行。
【附圖說明】
[0017]圖1為不等寬金屬損傷件多道均勻搭接激光熔覆修復方法的示意圖。
[0018]圖2為多道均勻搭接激光熔覆修復方法的搭接示意圖。
[0019]圖3為不等寬金屬損傷件多道均勻搭接激光熔覆修復方法操作步驟流程圖。
[0020] 圖4為未采用多道均勻搭接激光熔覆修復方法進行修復的不等寬316L不銹鋼損 傷件熔覆層截面金相組織圖，其光斑直徑不變，搭接率隨溝槽寬度不規(guī)則變化；激光熔覆加 工參數(shù)如下：激光功率1400W、掃描速度4mm/s、光斑直徑3 _、保護氣Ar5L/min、送粉 速率12g/min、搭接率從寬處到窄處按由大到小不規(guī)則變化。
[0021] 圖5為按照本文所述步驟進行多道均勻搭接激光熔覆修復不等寬316L不銹鋼損 傷件所得熔覆層截面金相組織圖；激光熔覆加工參數(shù)如下：激光功率1400W、掃描速度4 mm/s、保護氣Ar5L/min、送粉速率12g/min，光斑直徑D隨損傷溝槽寬度L按本文所述公 式不斷變化，搭接率=30%不變。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明，但本發(fā)明不應僅 限于實施例。
[0023] 本實施例所采用的熔覆粉末為Fe304不銹鋼，試樣基體材料為316L不銹鋼，其幾 何尺寸為120 _X60 _X15mm，在其中間部位用線切割開一道一端寬20mm、另一端 寬10mm、深3mm的等腰梯形溝槽。
[0024] -種使用上述加工方法修復試樣的實例，其步驟為： (1)使用輪廓儀掃描損傷溝槽的表面輪廓，獲得損傷溝槽寬度L的變化曲線，得到上 底寬10mm下底寬20mm的等腰梯形變化曲線。
[0025] (2)根據(jù)溝槽寬度變化在10mm~20mm，光斑直徑D的變化范圍為0.5~5mm，選取 光斑搭接率為30%，因此本實施例中選擇激光熔覆熔道數(shù)可定為N=13。
[0026] (3)根據(jù)步驟⑴及步驟⑵中所獲得的溝槽寬度L的變化曲線、激光熔覆熔道 數(shù)13及光斑搭接率30%，計算出激光光斑直徑D隨溝槽寬度L變化的關系曲線。本步驟中
化規(guī)律為由上底直徑2mm向下底直徑4mm逐漸增大。
[0027] (4)從損傷溝槽的任一側開始進行第一道激光熔覆，控制激光光斑直徑D按照步
光功率1400W、掃描速度4mm/s、保護氣Ar5L/min、送粉速率：12g/min。
[0028] (5)按照步驟（2)所確定的光斑搭接率30%，將光斑位置向溝槽另一側偏移一 段距離^ 進行第二道激光熔覆，其光斑直徑D的變化規(guī)律與步驟（4)相同，均為
Ar4L/min、送粉速率：12g/min。
[0029] (6)重復步驟（5)，直至完成第N道激光熔覆，至此第一層激光熔覆完成；重復操 作過程中激光熔覆參數(shù)與步驟（4)相同：激光功率1400W、掃描速度6mm/s、保護氣Ar4 L/min、送粉速率：12g/min。
[0030] (7)重復上述步驟（4)、（5)、（6)，直至完成多層激光熔覆修復工作，重復操作過程 中激光熔覆參數(shù)與步驟（4)相同：激光功率1400W、掃描速度6mm/s、保護氣Ar4L/min、 送粉速率：12g/min。
[0031] 對修復完成后的試樣進行線切割，取其截面做金相組織觀察，并將之與一般加工 方法所得到的熔覆層金相組織進行對比，所述"一般方法"即其光斑直徑不變，搭接率隨溝 槽寬度不規(guī)則變化的加工方法，所得圖片如下： 如圖4所示，當采用光斑直徑不變，搭接率隨溝槽寬度不規(guī)則變化的加工方法修復不 等寬316L不銹鋼損傷件時，熔覆層在結晶過程中由于搭接的不均勻性導致結晶方向雜亂， 晶粒組織分布不規(guī)律，熔覆層晶粒尺寸變化較大。
[0032] 相反，如圖5所示，當采用本文所述步驟進行多道均勻搭接激光熔覆修復不等寬 316L不銹鋼損傷件時，由于熔覆過程中溝槽寬處與窄處的熔道數(shù)保持不變，并且熔覆過程 中各部位搭接率也保持不變，因此熔覆層在結晶過程中晶粒取向穩(wěn)定，晶粒組織分布均勻， 且晶粒尺寸變化也大大減小。
【主權項】
1. 一種不等寬損傷件多道均勻搭接激光烙覆修復方法，其特征在于：針對損傷溝槽寬 度逐漸變化的金屬損傷件，先使用輪廓儀掃描損傷溝槽寬度的變化曲線，根據(jù)溝槽寬度及 激光光斑直徑的變化范圍選擇合理的激光烙覆烙道數(shù)及光斑搭接率，保持其他參數(shù)不變， 通過控制激光光斑尺寸隨損傷溝槽的寬度變化而變化，使得溝槽不同寬度處激光烙覆的烙 道數(shù)和搭接率相同。2. -種不等寬損傷件多道均勻搭接激光烙覆修復方法，其特征在于具體步驟如下： (1) 使用輪廓儀掃描損傷溝槽的表面輪廓，獲得損傷溝槽寬度L的變化曲線； (2) 根據(jù)所測損傷溝槽寬度L的變化曲線及激光光斑直徑D的變化范圍選擇合理的光 斑搭接率黎及激光烙覆烙道數(shù)N; (3) 根據(jù)步驟（1)及步驟（2)中所獲得的溝槽寬度L的變化曲線、激光烙覆烙道數(shù)N及 激光光斑搭接率澈，計算出激光光斑直徑D隨溝槽寬度L變化的關系曲線； (4) 從損傷溝槽的任一側開始進行第一道激光烙覆，控制激光光斑直徑D按照步驟（3) 所算得的關系曲線而變化； (5) 按照步驟（2)所確定的光斑搭接率9，將光斑位置向溝槽另一側偏移一段距離S， 進行第二道激光烙覆，其光斑直徑D的變化規(guī)律與步驟（4)相同； (6) 重復步驟巧），直至完成第N道激光烙覆，至此第一層激光烙覆完成； (7) 重復上述步驟（4)、巧）、化），直至完成多層激光烙覆修復工作。3. 如權利要求2所述的一種不等寬損傷件多道均勻搭接激光烙覆修復方法，其特征在 于：所述步驟（2)中的激光光斑直徑D的變化范圍為0. 5~5mm，所述光斑搭接率幾的變化 范圍為20%~50%，激光烙覆烙道數(shù)N滿足N取整數(shù)；溝槽寬度最 大值視為Lm。、，最小值視為Lmi。。4. 如權利要求2所述的一種不等寬損傷件多道均勻搭接激光烙覆修復方法，其特征在 于：所述步驟（3)中的激光光斑直徑D的變化曲線根據(jù)公式計算得到。5. 如權利要求2所述的一種不等寬損傷件多道均勻搭接激光烙覆修復方法，其特征在 于：所述步驟巧）中的光斑偏移距離S根據(jù)公式被二;巧%::篡計算得到。6. 如權利要求2所述的一種不等寬損傷件多道均勻搭接激光烙覆修復方法，其特征在 于：所述步驟（4)、巧）、化）、（7)中的激光烙覆參數(shù)相同，具體范圍如下：激光功率400~1800 W、掃描速度4~9mm/s、保護氣Ar3~5L/min、送粉速率：6~15g/min。
【專利摘要】本發(fā)明涉及了一種不等寬損傷件多道均勻搭接激光熔覆修復方法，針對損傷溝槽寬度逐漸變化的金屬損傷件，先使用輪廓儀掃描損傷溝槽寬度的變化曲線，根據(jù)溝槽寬度及激光光斑直徑的變化范圍選擇合理的激光熔覆熔道數(shù)及光斑搭接率，保持其他參數(shù)不變，通過控制激光光斑尺寸隨損傷溝槽的寬度變化而變化，使得溝槽不同寬度處激光熔覆的熔道數(shù)和搭接率相同。本發(fā)明實現(xiàn)了不等寬損傷件的多道均勻搭接激光熔覆修復，有效改善了不等寬損傷件由于激光熔覆熔道數(shù)不同及搭接不均勻而導致的組織和性能分布不均等缺陷。
【IPC分類】C23C24/10
【公開號】CN105002493
【申請?zhí)枴緾N201510450923
【發(fā)明人】羅開玉, 景祥, 魯金忠
【申請人】江蘇大學
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年7月29日