专利名称：一种激光表面熔覆工艺熔覆层裂纹控制方法
技术领域：
本发明涉及激光表面加工制造领域，特别涉及一种激光表面熔覆工艺熔覆层裂纹 控制方法。
背景技术：
激光熔覆是在利用高能激光束熔化金属零件表面的同时，通过添加金属元素或合 金以改变零件表层微观组织及其成分的表面涂层方法。依据零件表面的使用要求，激光熔 覆表面可设计成具有耐磨、耐蚀、抗氧化等不同性能的表面层，并形成与基体冶金结合、组 织致密的涂层。激光熔覆技术能够完成精密、大型、贵重零部件的磨损、冲蚀和腐蚀部位修 复，其应用领域涉及到航空、石化、冶金、电力等多个行业。利用该技术可有效降低相关产业 的维修成本，节约新零部件制造所需的材料和能源消耗，具有巨大的经济和社会效益。经过 不断发展，激光熔覆技术已经获得了长足的进步，并积累了许多成功的经验。但是，该项技 术目前尚不成熟，仍有诸多问题需要得以解决。其中，由于激光熔覆过程中温度梯度大、结 合带窄、热应力大，熔覆层很容易产生裂纹，裂纹问题已成为制约该技术进一步走向工业化 的瓶颈。近年来，国内外研究机构和企业对激光熔覆层的裂纹问题进行了大量研究，并开 发了激光熔覆专用粉末材料，对于硬度低、韧性好的激光熔覆层裂纹问题已较好的得到解 决，但对高硬度和高耐磨性的熔覆层的裂纹问题还在研究当中。在工艺方面可以通过基体 预热的方法来降低熔覆层和基体的温度差，控制熔覆层的应力从而达到消除裂纹的目的， 但预热温度过高易于影响零件的原始组织，导致零件变形。在熔覆层和基体之间加入中间 过渡层来减小熔覆层和基体性能变化梯度，可降低熔覆层的应力，减少熔覆层裂纹，但此项 工艺增加了涂层层数和熔覆时间，加大了零件基体的加工厚度，增加了修复成本，同时在工 艺上过渡层的厚度均勻性很难控制。
发明内容
为了抑制和消除熔覆层的裂纹，扩大激光熔覆工艺的应用范围，本发明提供了一 种激光表面熔覆工艺熔覆层裂纹控制方法，所述方法包括以下步骤(1)在激光熔覆前将网丝进行去应力退火处理，得到去应力退火处理后的网丝；(2)对所述去应力退火处理后的网丝进行酸洗，得到去除表面氧化层的网丝；(3)对待熔覆金属零件表面进行打磨，获取打磨后的待熔覆金属零件表面；(4)将所述去除表面氧化层的网丝紧敷于所述打磨后的待熔覆金属零件表面，进 行熔覆加工。所述网丝为不锈钢网丝、低碳钢网丝或钼网丝。所述网丝的直径为0. 2mm-0. 3mm。本发明提供的技术方案的有益效果是本发明提供了一种激光表面熔覆工艺熔覆层裂纹控制方法，通过在熔覆层中加入网丝，利用网丝的塑性变形来吸收熔覆过程中裂纹扩展的能量，限制裂纹扩展的范围，从而 实现了控制裂纹的目的，并且该激光表面熔覆工艺熔覆层裂纹控制方法还适用于金属零件 的激光熔覆成形和修复，以及激光表面强化等相关技术领域。
图1为本发明提供的激光表面熔覆工艺熔覆层裂纹控制方法的流程图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。为了抑制和消除熔覆层的裂纹，扩大激光熔覆工艺的应用范围，本发明实施例提 供了一种激光表面熔覆工艺熔覆层裂纹控制方法，参见图1，详见下文描述101 在激光熔覆前将网丝进行去应力退火处理，得到去应力退火处理后的网丝；该步骤具体为在激光熔覆前将网丝等进行去应力退火处理，通过去应力退火处 理来去除网丝内的残余应力，得到去应力退火处理后的网丝。102 对去应力退火处理后的网丝进行酸洗，得到去除表面氧化层的网丝；该步骤具体为对去应力退火处理后的网丝进行酸洗，通过酸洗来去除退火处理 后的网丝的表面氧化层；103 对待熔覆金属零件表面进行打磨，获取打磨后的待熔覆金属零件表面；104:将去除表面氧化层的网丝紧敷于打磨后的待熔覆金属零件表面，进行熔覆加工。通过将去除表面氧化层的网丝紧敷于打磨后待熔覆金属零件表面，进行熔覆加 工，利用网丝等的塑性变形来吸收熔覆过程中裂纹扩展的能量，限制裂纹扩展的范围，从而 实现了抑制和消除熔覆层的裂纹的目的。进一步地，为了更好的抑制和消除熔覆层的裂纹，根据力学性能，本发明实施例优 选网丝为不锈钢网丝、低碳钢网丝或钼网丝。进一步地，为了更好的抑制和消除熔覆层的裂纹，本发明实施例优选网丝的直径 为 0. 2mm-0. 3mm。下面通过几个具体的试验来验证本方法的可行性，详见下文描述在四轴联动激光加工机上进行，采用最大输出功率为5kW的横流多模CO2激光器， 熔覆过程中熔池由与光束同轴输入的氩气保护，保护气压为50kPa，选取45号钢作为待熔 覆金属零件，网丝以不锈钢网丝为例进行说明，熔覆前对待熔覆金属零件45号钢进行车削 加工、细砂纸打磨和丙酮清洗。熔覆粉末采用可控自重刮板式送粉器送粉，熔覆粉末分为Ni 基、Co基和Fe基三组，每组分为两种情况(1)熔覆层未加不锈钢网丝，激光功率为2200W、离焦率为50mm、光斑直径为 4. 5mm、扫描速度为260mm/s和送粉量为11. 2g/min ；(2)熔覆层加入不锈钢网丝，激光功率为2800W、离焦率为50mm、光斑直径为 4. 5mm、扫描速度为350mm/s和送粉量为11. 2g/min，选用不锈钢网丝的材料为316不锈钢， 不锈钢网丝直径为0. 2mm、0. 25mm和0. 3mm，在激光熔覆前首先将不锈钢网丝进行去应力退
4火处理，得到去应力退火处理后的不锈钢网丝，而后对去应力退火处理后的不锈钢网丝进 行酸洗去除其表面氧化层，得到去除表面氧化层的不锈钢网丝，将不锈钢网丝紧敷于打磨 后待熔覆金属零件45号钢表面，进行熔覆加工，熔覆完成后将熔覆层表面磨削加工，采用 渗透着色法在显微镜下观察熔覆层裂纹情况。熔覆材料采用M基粉末当采用M60粉末，熔覆层不加不锈钢网丝时，熔覆层出 现较多裂纹，且均为贯穿裂纹；当熔覆层加入直径为0. 2mm的不锈钢网丝时，熔覆层裂纹仍 为贯穿裂纹；当熔覆层加入直径为0. 25mm和0. 3mm的不锈钢网丝时，熔覆层的部分贯穿裂 纹转化为未贯穿裂纹；当采用M45粉末，熔覆层不加不锈钢网丝时，熔覆层出现较多裂纹， 且均为贯穿裂纹；当熔覆层加入直径为0. 2mm的不锈钢网丝时，熔覆层出现部分未贯穿裂 纹；当不锈钢网丝增大为0. 25mm时，熔覆层裂纹仅存在少量贯穿裂纹，当熔覆层加入直径 为0. 3mm的不锈钢网丝时，熔覆层未发现裂纹。熔覆材料采用Co基粉末当采用Co02粉末，熔覆层不加不锈钢网丝时，熔覆层出 现较多裂纹，且均为贯穿裂纹；当熔覆层加入直径为0. 2mm的不锈钢网丝时，熔覆层出现部 分未贯穿裂纹；当熔覆层加入直径为0. 25mm和0. 3mm的不锈钢网丝时，熔覆层未发现裂纹； 当采用St6粉末，熔覆层不加不锈钢网丝时，熔覆层出现较多裂纹，且均为贯穿裂纹；当熔 覆层加入直径为0. 2mm、0. 25mm和0. 3mm的不锈钢网丝时，熔覆层未发现裂纹。 熔覆材料采用Fe基粉末当采用Fe30A粉末，熔覆层不加不锈钢网丝时，熔覆层未 发现裂纹；当熔覆层加入直径为0. 2mm、0. 25mm和0. 3mm的不锈钢网丝时，熔覆层未发现裂 纹；当采用Fe50粉末，熔覆层不加不锈钢网丝时，熔覆层出现较多裂纹，且均为贯穿裂纹； 当熔覆层加入直径为0. 2mm的不锈钢网丝时，熔覆层裂纹出现较多贯穿裂纹，当不锈钢网 丝增大为0. 25mm时，熔覆层裂纹仅存在少量贯穿裂纹；当熔覆层加入直径为0. 3mm的不锈 钢网丝时，熔覆层未发现裂纹。综上所述，本发明实施例提供了 一种激光表面熔覆工艺熔覆层裂纹控制方法，通 过在熔覆层中加入网丝，利用网丝的塑性变形来吸收熔覆过程中裂纹扩展的能量，限制裂 纹扩展的范围，从而实现了控制裂纹的目的，并且该激光表面熔覆工艺熔覆层裂纹控制方 法还适用于金属零件的激光熔覆成形和修复，以及激光表面强化等相关技术领域。本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例 序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限 制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种激光表面熔覆工艺熔覆层裂纹控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤(1)在激光熔覆前将网丝进行去应力退火处理，得到去应力退火处理后的网丝；(2)对所述去应力退火处理后的网丝进行酸洗，得到去除表面氧化层的网丝；(3)对待熔覆金属零件表面进行打磨，获取打磨后的待熔覆金属零件表面；(4)将所述去除表面氧化层的网丝紧敷于所述打磨后的待熔覆金属零件表面，进行熔覆加工。
2.根据权利要求1所述的激光表面熔覆工艺熔覆层裂纹控制方法，其特征在于，所述 网丝为不锈钢网丝、低碳钢网丝或钼网丝。
3.根据权利要求1所述的激光表面熔覆工艺熔覆层裂纹控制方法，其特征在于，所述 网丝的直径为0. 2mm-0. 3mm。
全文摘要
本发明公开了一种激光表面熔覆工艺熔覆层裂纹控制方法，属于激光表面加工制造领域，在激光熔覆前将网丝进行去应力退火处理，得到去应力退火处理后的网丝；对所述去应力退火处理后的网丝进行酸洗，得到去除表面氧化层的网丝；对待熔覆金属零件表面进行打磨，获取打磨后的待熔覆金属零件表面；将所述去除表面氧化层的网丝紧敷于所述打磨后的待熔覆金属零件表面，进行熔覆加工。本发明限制了裂纹扩展的范围，从而实现了控制裂纹的目的，并且该激光表面熔覆工艺熔覆层裂纹控制方法还适用于金属零件的激光熔覆成形和修复，以及激光表面强化等相关技术领域。
文档编号C21D9/00GK102002710SQ201010616580
公开日2011年4月6日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者毛怀东 申请人:两仪激光技术(天津)有限公司