專利名稱：一種激光表面熔覆工藝熔覆層裂紋控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光表面加工制造領(lǐng)域，特別涉及一種激光表面熔覆工藝熔覆層裂紋 控制方法。
背景技術(shù)：
激光熔覆是在利用高能激光束熔化金屬零件表面的同時(shí)，通過添加金屬元素或合 金以改變零件表層微觀組織及其成分的表面涂層方法。依據(jù)零件表面的使用要求，激光熔 覆表面可設(shè)計(jì)成具有耐磨、耐蝕、抗氧化等不同性能的表面層，并形成與基體冶金結(jié)合、組 織致密的涂層。激光熔覆技術(shù)能夠完成精密、大型、貴重零部件的磨損、沖蝕和腐蝕部位修 復(fù)，其應(yīng)用領(lǐng)域涉及到航空、石化、冶金、電力等多個(gè)行業(yè)。利用該技術(shù)可有效降低相關(guān)產(chǎn)業(yè) 的維修成本，節(jié)約新零部件制造所需的材料和能源消耗，具有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。經(jīng)過 不斷發(fā)展，激光熔覆技術(shù)已經(jīng)獲得了長足的進(jìn)步，并積累了許多成功的經(jīng)驗(yàn)。但是，該項(xiàng)技 術(shù)目前尚不成熟，仍有諸多問題需要得以解決。其中，由于激光熔覆過程中溫度梯度大、結(jié) 合帶窄、熱應(yīng)力大，熔覆層很容易產(chǎn)生裂紋，裂紋問題已成為制約該技術(shù)進(jìn)一步走向工業(yè)化 的瓶頸。近年來，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)對(duì)激光熔覆層的裂紋問題進(jìn)行了大量研究，并開 發(fā)了激光熔覆專用粉末材料，對(duì)于硬度低、韌性好的激光熔覆層裂紋問題已較好的得到解 決，但對(duì)高硬度和高耐磨性的熔覆層的裂紋問題還在研究當(dāng)中。在工藝方面可以通過基體 預(yù)熱的方法來降低熔覆層和基體的溫度差，控制熔覆層的應(yīng)力從而達(dá)到消除裂紋的目的， 但預(yù)熱溫度過高易于影響零件的原始組織，導(dǎo)致零件變形。在熔覆層和基體之間加入中間 過渡層來減小熔覆層和基體性能變化梯度，可降低熔覆層的應(yīng)力，減少熔覆層裂紋，但此項(xiàng) 工藝增加了涂層層數(shù)和熔覆時(shí)間，加大了零件基體的加工厚度，增加了修復(fù)成本，同時(shí)在工 藝上過渡層的厚度均勻性很難控制。

發(fā)明內(nèi)容
為了抑制和消除熔覆層的裂紋，擴(kuò)大激光熔覆工藝的應(yīng)用范圍，本發(fā)明提供了一 種激光表面熔覆工藝熔覆層裂紋控制方法，所述方法包括以下步驟(1)在激光熔覆前將網(wǎng)絲進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，得到去應(yīng)力退火處理后的網(wǎng)絲；(2)對(duì)所述去應(yīng)力退火處理后的網(wǎng)絲進(jìn)行酸洗，得到去除表面氧化層的網(wǎng)絲；(3)對(duì)待熔覆金屬零件表面進(jìn)行打磨，獲取打磨后的待熔覆金屬零件表面；(4)將所述去除表面氧化層的網(wǎng)絲緊敷于所述打磨后的待熔覆金屬零件表面，進(jìn) 行熔覆加工。所述網(wǎng)絲為不銹鋼網(wǎng)絲、低碳鋼網(wǎng)絲或鉬網(wǎng)絲。所述網(wǎng)絲的直徑為0. 2mm-0. 3mm。本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是本發(fā)明提供了一種激光表面熔覆工藝熔覆層裂紋控制方法，通過在熔覆層中加入網(wǎng)絲，利用網(wǎng)絲的塑性變形來吸收熔覆過程中裂紋擴(kuò)展的能量，限制裂紋擴(kuò)展的范圍，從而 實(shí)現(xiàn)了控制裂紋的目的，并且該激光表面熔覆工藝熔覆層裂紋控制方法還適用于金屬零件 的激光熔覆成形和修復(fù)，以及激光表面強(qiáng)化等相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明提供的激光表面熔覆工藝熔覆層裂紋控制方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方 式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。為了抑制和消除熔覆層的裂紋，擴(kuò)大激光熔覆工藝的應(yīng)用范圍，本發(fā)明實(shí)施例提 供了一種激光表面熔覆工藝熔覆層裂紋控制方法，參見圖1，詳見下文描述101 在激光熔覆前將網(wǎng)絲進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，得到去應(yīng)力退火處理后的網(wǎng)絲；該步驟具體為在激光熔覆前將網(wǎng)絲等進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，通過去應(yīng)力退火處 理來去除網(wǎng)絲內(nèi)的殘余應(yīng)力，得到去應(yīng)力退火處理后的網(wǎng)絲。102 對(duì)去應(yīng)力退火處理后的網(wǎng)絲進(jìn)行酸洗，得到去除表面氧化層的網(wǎng)絲；該步驟具體為對(duì)去應(yīng)力退火處理后的網(wǎng)絲進(jìn)行酸洗，通過酸洗來去除退火處理 后的網(wǎng)絲的表面氧化層；103 對(duì)待熔覆金屬零件表面進(jìn)行打磨，獲取打磨后的待熔覆金屬零件表面；104:將去除表面氧化層的網(wǎng)絲緊敷于打磨后的待熔覆金屬零件表面，進(jìn)行熔覆加工。通過將去除表面氧化層的網(wǎng)絲緊敷于打磨后待熔覆金屬零件表面，進(jìn)行熔覆加 工，利用網(wǎng)絲等的塑性變形來吸收熔覆過程中裂紋擴(kuò)展的能量，限制裂紋擴(kuò)展的范圍，從而 實(shí)現(xiàn)了抑制和消除熔覆層的裂紋的目的。進(jìn)一步地，為了更好的抑制和消除熔覆層的裂紋，根據(jù)力學(xué)性能，本發(fā)明實(shí)施例優(yōu) 選網(wǎng)絲為不銹鋼網(wǎng)絲、低碳鋼網(wǎng)絲或鉬網(wǎng)絲。進(jìn)一步地，為了更好的抑制和消除熔覆層的裂紋，本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選網(wǎng)絲的直徑 為 0. 2mm-0. 3mm。下面通過幾個(gè)具體的試驗(yàn)來驗(yàn)證本方法的可行性，詳見下文描述在四軸聯(lián)動(dòng)激光加工機(jī)上進(jìn)行，采用最大輸出功率為5kW的橫流多模CO2激光器， 熔覆過程中熔池由與光束同軸輸入的氬氣保護(hù)，保護(hù)氣壓為50kPa，選取45號(hào)鋼作為待熔 覆金屬零件，網(wǎng)絲以不銹鋼網(wǎng)絲為例進(jìn)行說明，熔覆前對(duì)待熔覆金屬零件45號(hào)鋼進(jìn)行車削 加工、細(xì)砂紙打磨和丙酮清洗。熔覆粉末采用可控自重刮板式送粉器送粉，熔覆粉末分為Ni 基、Co基和Fe基三組，每組分為兩種情況(1)熔覆層未加不銹鋼網(wǎng)絲，激光功率為2200W、離焦率為50mm、光斑直徑為 4. 5mm、掃描速度為260mm/s和送粉量為11. 2g/min ；(2)熔覆層加入不銹鋼網(wǎng)絲，激光功率為2800W、離焦率為50mm、光斑直徑為 4. 5mm、掃描速度為350mm/s和送粉量為11. 2g/min，選用不銹鋼網(wǎng)絲的材料為316不銹鋼， 不銹鋼網(wǎng)絲直徑為0. 2mm、0. 25mm和0. 3mm，在激光熔覆前首先將不銹鋼網(wǎng)絲進(jìn)行去應(yīng)力退
4火處理，得到去應(yīng)力退火處理后的不銹鋼網(wǎng)絲，而后對(duì)去應(yīng)力退火處理后的不銹鋼網(wǎng)絲進(jìn) 行酸洗去除其表面氧化層，得到去除表面氧化層的不銹鋼網(wǎng)絲，將不銹鋼網(wǎng)絲緊敷于打磨 后待熔覆金屬零件45號(hào)鋼表面，進(jìn)行熔覆加工，熔覆完成后將熔覆層表面磨削加工，采用 滲透著色法在顯微鏡下觀察熔覆層裂紋情況。熔覆材料采用M基粉末當(dāng)采用M60粉末，熔覆層不加不銹鋼網(wǎng)絲時(shí)，熔覆層出 現(xiàn)較多裂紋，且均為貫穿裂紋；當(dāng)熔覆層加入直徑為0. 2mm的不銹鋼網(wǎng)絲時(shí)，熔覆層裂紋仍 為貫穿裂紋；當(dāng)熔覆層加入直徑為0. 25mm和0. 3mm的不銹鋼網(wǎng)絲時(shí)，熔覆層的部分貫穿裂 紋轉(zhuǎn)化為未貫穿裂紋；當(dāng)采用M45粉末，熔覆層不加不銹鋼網(wǎng)絲時(shí)，熔覆層出現(xiàn)較多裂紋， 且均為貫穿裂紋；當(dāng)熔覆層加入直徑為0. 2mm的不銹鋼網(wǎng)絲時(shí)，熔覆層出現(xiàn)部分未貫穿裂 紋；當(dāng)不銹鋼網(wǎng)絲增大為0. 25mm時(shí)，熔覆層裂紋僅存在少量貫穿裂紋，當(dāng)熔覆層加入直徑 為0. 3mm的不銹鋼網(wǎng)絲時(shí)，熔覆層未發(fā)現(xiàn)裂紋。熔覆材料采用Co基粉末當(dāng)采用Co02粉末，熔覆層不加不銹鋼網(wǎng)絲時(shí)，熔覆層出 現(xiàn)較多裂紋，且均為貫穿裂紋；當(dāng)熔覆層加入直徑為0. 2mm的不銹鋼網(wǎng)絲時(shí)，熔覆層出現(xiàn)部 分未貫穿裂紋；當(dāng)熔覆層加入直徑為0. 25mm和0. 3mm的不銹鋼網(wǎng)絲時(shí)，熔覆層未發(fā)現(xiàn)裂紋； 當(dāng)采用St6粉末，熔覆層不加不銹鋼網(wǎng)絲時(shí)，熔覆層出現(xiàn)較多裂紋，且均為貫穿裂紋；當(dāng)熔 覆層加入直徑為0. 2mm、0. 25mm和0. 3mm的不銹鋼網(wǎng)絲時(shí)，熔覆層未發(fā)現(xiàn)裂紋。 熔覆材料采用Fe基粉末當(dāng)采用Fe30A粉末，熔覆層不加不銹鋼網(wǎng)絲時(shí)，熔覆層未 發(fā)現(xiàn)裂紋；當(dāng)熔覆層加入直徑為0. 2mm、0. 25mm和0. 3mm的不銹鋼網(wǎng)絲時(shí)，熔覆層未發(fā)現(xiàn)裂 紋；當(dāng)采用Fe50粉末，熔覆層不加不銹鋼網(wǎng)絲時(shí)，熔覆層出現(xiàn)較多裂紋，且均為貫穿裂紋； 當(dāng)熔覆層加入直徑為0. 2mm的不銹鋼網(wǎng)絲時(shí)，熔覆層裂紋出現(xiàn)較多貫穿裂紋，當(dāng)不銹鋼網(wǎng) 絲增大為0. 25mm時(shí)，熔覆層裂紋僅存在少量貫穿裂紋；當(dāng)熔覆層加入直徑為0. 3mm的不銹 鋼網(wǎng)絲時(shí)，熔覆層未發(fā)現(xiàn)裂紋。綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供了 一種激光表面熔覆工藝熔覆層裂紋控制方法，通 過在熔覆層中加入網(wǎng)絲，利用網(wǎng)絲的塑性變形來吸收熔覆過程中裂紋擴(kuò)展的能量，限制裂 紋擴(kuò)展的范圍，從而實(shí)現(xiàn)了控制裂紋的目的，并且該激光表面熔覆工藝熔覆層裂紋控制方 法還適用于金屬零件的激光熔覆成形和修復(fù)，以及激光表面強(qiáng)化等相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述本發(fā)明實(shí)施例 序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限 制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在 本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種激光表面熔覆工藝熔覆層裂紋控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)在激光熔覆前將網(wǎng)絲進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，得到去應(yīng)力退火處理后的網(wǎng)絲；(2)對(duì)所述去應(yīng)力退火處理后的網(wǎng)絲進(jìn)行酸洗，得到去除表面氧化層的網(wǎng)絲；(3)對(duì)待熔覆金屬零件表面進(jìn)行打磨，獲取打磨后的待熔覆金屬零件表面；(4)將所述去除表面氧化層的網(wǎng)絲緊敷于所述打磨后的待熔覆金屬零件表面，進(jìn)行熔覆加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光表面熔覆工藝熔覆層裂紋控制方法，其特征在于，所述 網(wǎng)絲為不銹鋼網(wǎng)絲、低碳鋼網(wǎng)絲或鉬網(wǎng)絲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光表面熔覆工藝熔覆層裂紋控制方法，其特征在于，所述 網(wǎng)絲的直徑為0. 2mm-0. 3mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激光表面熔覆工藝熔覆層裂紋控制方法，屬于激光表面加工制造領(lǐng)域，在激光熔覆前將網(wǎng)絲進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，得到去應(yīng)力退火處理后的網(wǎng)絲；對(duì)所述去應(yīng)力退火處理后的網(wǎng)絲進(jìn)行酸洗，得到去除表面氧化層的網(wǎng)絲；對(duì)待熔覆金屬零件表面進(jìn)行打磨，獲取打磨后的待熔覆金屬零件表面；將所述去除表面氧化層的網(wǎng)絲緊敷于所述打磨后的待熔覆金屬零件表面，進(jìn)行熔覆加工。本發(fā)明限制了裂紋擴(kuò)展的范圍，從而實(shí)現(xiàn)了控制裂紋的目的，并且該激光表面熔覆工藝熔覆層裂紋控制方法還適用于金屬零件的激光熔覆成形和修復(fù)，以及激光表面強(qiáng)化等相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C21D9/00GK102002710SQ201010616580
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者毛懷東 申請(qǐng)人:兩儀激光技術(shù)(天津)有限公司