專利名稱：寬帶激光感應復合熔覆修復與表面強化模具的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寬帶激光感應復合熔覆修復與表面強化模具的方法，屬于激光修復模具技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
眾所周知，模具是機械、冶金、電子、輕工與國防等工業(yè)領(lǐng)域的必備的重要裝備。在我國，由于模具在使用過程中的磨損、機械損傷和鑄造過程中存在缺陷，容易產(chǎn)生不合格品和模具失效，每年造成的經(jīng)濟損失達數(shù)十億人民幣。因此，必須對模具進行修復和表面強化。目前，模具修復與表面強化的方法通常有(1)電鍍具有工藝成熟、成本較低等優(yōu)點，但是不足之處是鍍層較薄，與模具的結(jié)合力差，外形損壞較大的部位難于修復以及對環(huán)境有污染。(2)堆焊常用的堆焊方法有釬焊、電弧焊、氣體保護焊、等離子弧焊等，堆焊時， 熱量輸入大，導致模具熱影響區(qū)大且易變形。(3)熱噴涂工藝簡單，但涂層易產(chǎn)生氣孔，以及存在涂層與模具之間結(jié)合強度低等缺點。(4)常規(guī)激光熔覆采用激光熔覆的方法對模具進行修復與表面強化，可以將基材熱影響與熱變形降低到最小程度。但是，常規(guī)激光熔覆方法存在效率低、強度低、熔覆層易開裂的問題。因此，對模具的破損部件進行修復以及對模具進行表面強化，進而提高模具的使用壽命是模具制造及使用過程中亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決電鍍、堆焊、熱噴涂及常規(guī)激光熔覆修復與表面強化模具的方法存在的問題和不足之處，而提供了一種采用專用M基合金粉末對模具進行寬帶激光感應復合熔覆修復與表面強化的方法。本發(fā)明實現(xiàn)的方法與步驟為1、將模具的破損部位或模具需要表面強化的部位進行除銹、除油與丙酮清洗；2、將專用M基合金粉末裝入自動送粉器的裝料斗內(nèi)，調(diào)節(jié)高頻感應加熱線圈與模具被修復或強化部位之間的距離為2 10mm，通過計算機調(diào)節(jié)感應加熱功率，將模具的破損部位或模具需要表面強化的部位加熱至200 950°C，同時利用銅管對感應加熱區(qū)吹入Ar氣;3、將具有矩形光斑的激光束與自動送粉器的粉末噴嘴定位于感應加熱區(qū)內(nèi)，實現(xiàn)激光熱源與感應加熱源的復合；利用粉末噴嘴將M基合金粉末吹入激光感應復合熔覆熱源形成的熔池內(nèi)，當激光感應復合熔覆熱源移開后，熔融的合金粉末冷卻凝固，形成涂層。4、當激光感應復合熔覆完第一道涂層之后，沿激光掃描速度的垂直方向移動數(shù)控機床工作臺面，其移動的距離為寬帶矩形激光光斑長度的80 90%。5、重復步驟( G)，完成第二、第三道涂層，連續(xù)兩道涂層間的搭接率為20%， 直到涂層達到要求。6、對涂層表面進行銑削與磨光，獲得所要求的表面光潔度。本發(fā)明技術(shù)解決方案中所述的一種寬帶激光感應復合熔覆修復與表面強化模具的方法，所采用的M基專用合金粉末具有流動性，添加了強碳化物形成元素W與V，其化學成分為0· 2 0. 5% C、5 10% Cr,2 3% Si、1 3% B、2 4% Fe、0 3% W、0 2% V、Ni余量。本發(fā)明技術(shù)解決方案中所述的一種寬帶激光感應復合熔覆修復與表面強化模具的方法，在寬帶激光感應復合熔覆過程中，矩形粉末噴嘴與模具模具待加工部位的表面法向間的夾角為45°，矩形粉末噴嘴與模具待加工部位的垂直距離為8mm，粉末流量為8 Mkg/h，激光功率為5kW，感應加熱功率為60kW，激光掃描速度為6 lOm/min，涂層的厚度為2 3mm。本發(fā)明的有益效果是(1)采用寬帶掃描系統(tǒng)，單道激光感應復合熔覆層的寬度達20 30mm，每道熔覆的最大厚度可達3mm，最大激光掃描速度達lOm/min，粉末流量達 Mkg/h，粉末利用率90%，較單純激光熔覆技術(shù)的熔覆效率可以提高約5 10倍；(2)激光感應復合熔覆修復與表面強化模具時，可以對需要修復與表面強化的區(qū)域精確定位，因此對模具的尺寸、形狀以及需要處理的部位無限制，不需對模具進行整體加熱，可以縮短修復時間30%、節(jié)能10 40%; C3)采用激光感應復合熔覆專用M基合粉末對模具進行修復與表面強化，可以在激光高速掃描下減小熔覆過程中的溫度梯度，消除涂層中的氣孔與裂紋等冶金缺陷，可以大幅度提高模具的耐磨損、耐腐蝕、抗高溫氧化與抗熱疲勞性能，模具的使用壽命可以提高約3 10倍；(4)采用寬帶激光感應復合熔覆的方法可以對塑料模具、 熱作模具與冷作模具等不同模具進行修復與表面強化。


圖1是本發(fā)明激光感應復合熔覆修復與表面強化模具的裝置示意圖。圖中1、計算機；2、激光器；3、導光系統(tǒng)；4、激光頭；5、積分鏡；6、矩形粉末噴嘴； 7、裝料斗；8、專用Ni基合金粉末；9、自動送粉器；10、感應加熱線圈；11、感應加熱區(qū)；12、 感應加熱電源；13、數(shù)控機床工作臺面；14、塑料模具鋼；15、涂層；16、專用導磁體；17、熔池；18、銅管；19、模具待加工部位。圖2是激光感應復合熔覆修復模具時感應加熱線圈與基材相對位置的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步說明。如圖1、圖2所示，采用寬帶激光感應復合熔覆修復與表面強化模具，具體實施過程如下1、將模具待加工部位(19)進行除銹、除油與丙酮清洗。2、將專用Ni基合金粉末(8)裝入自動送粉器(9)的裝料斗(7)內(nèi)，將模具待加工部位(19)與安裝有專用導磁體(16)的感應加熱線圈(10)之間的距離調(diào)整為8mm，將感應加熱線圈(10)通電，并利用計算機(1)調(diào)節(jié)感應加熱電源(12)的功率，使模具待加工部位 (19)被感應加熱線圈(10)加熱至200 950°C，同時利用銅管(18)向感應加熱區(qū)(11)吹入Ar氣作為保護氣體，防止感應加熱區(qū)(11)氧化。3、激光器⑵發(fā)出的激光束經(jīng)過導光系統(tǒng)(3)傳輸?shù)轿挥诩す忸^⑷內(nèi)的積分鏡 (5)，形成矩形光斑，然后將矩形光斑與自動送粉器(9)的矩形粉末噴嘴(6)定位于感應加熱區(qū)(11)內(nèi)，實現(xiàn)激光熱源與感應加熱源的復合；利用矩形粉末噴嘴(6)將專用M合金粉末(8)吹入激光感應復合熔覆熱源形成的熔池(17)內(nèi)，專用合金粉末(8)在熔池(17)內(nèi)發(fā)生熔化并在模具待加工部位(19)的表面鋪開，當激光器( 發(fā)出的激光束與感應加熱線圈(10)移開后，熔融層冷卻凝固，形成修復或表面強化涂層(15)。4、當寬帶激光感應復合熔覆完第一道修復或表面強化涂層(1 之后，沿激光掃描速度的垂直方向移動數(shù)控機床工作臺面(13)，其移動的距離為寬帶矩形激光光斑長度的 80%。5、重復步驟2 4，完成第二、第三道涂層，連續(xù)兩道涂層間的搭接率為20 %，直到修復或表面強化涂層(1 達到要求；6、對修復或表面強化涂層(1 表面進行銑削與磨光，獲得所要求的表面光潔度。
權(quán)利要求
1.一種寬帶激光感應復合熔覆快速修復與表面強化模具的方法，其實現(xiàn)的方法與步驟為(1)將模具的破損部位或模具需要表面強化的部位進行除銹、除油與丙酮清洗；(2)將專用Ni基合金粉末裝入自動送粉器的裝料斗內(nèi)，調(diào)節(jié)高頻感應加熱線圈與模具被修復或強化部位之間的距離為2 10mm，通過計算機調(diào)節(jié)感應加熱功率，將模具的破損部位或模具需要表面強化的部位加熱至200 950°C，同時利用銅管對感應加熱區(qū)吹入Ar 氣；(3)將具有矩形光斑的激光束與自動送粉器的粉末噴嘴定位于感應加熱區(qū)內(nèi)，實現(xiàn)激光熱源與感應加熱源的復合；利用粉末噴嘴將M基合金粉末吹入激光感應復合熔覆熱源形成的熔池內(nèi)，當激光感應復合熔覆熱源移開后，熔融的合金粉末快速凝固結(jié)晶形成涂層；(4)當激光感應復合熔覆完第一道涂層之后，沿激光掃描速度的垂直方向移動數(shù)控機床工作臺面，其移動的距離為寬帶矩形激光光斑長度的80 90% ；(5)重復步驟( G)，完成第二、第三道涂層，連續(xù)兩道涂層間的搭接率為20%，直到涂層達到要求；(6)對涂層表面進行銑削與磨光，獲得所要求的表面光潔度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶激光感應復合熔覆快速修復模具與表面強化的方法， 其特征在于所用合金粉末為專用M基合金粉末，其化學成分為(按質(zhì)量百分含量計算) 0. 2-0. 5% C,5-10% Cr,2-3% Si,l-3% B,2-4% Fe,0-3% ff,0-2% V、Ni 余量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶激光感應復合熔覆快速修復模具與表面強化的方法，其特征在于在寬帶激光感應復合熔覆過程中，矩形粉末噴嘴與模具模具待加工部位的表面法向間的夾角為45°，矩形粉末噴嘴與模具待加工部位的垂直距離為8mm，粉末流量為8 Mkg/h，激光功率為5kW，感應加熱功率為60kW，激光掃描速度為6 lOm/min，涂層的厚度為2 3mm。
全文摘要
一種寬帶激光感應復合熔覆快速修復與表面強化模具的方法，該方法的特點是采用寬帶激光感應復合熔覆專用Ni基合金粉末對模具的破損部位進行修復或?qū)δ＞叩谋砻孢M行強化。本發(fā)明采用寬帶掃描系統(tǒng)，可對塑料模具、熱作模具與冷作模具等不同模具進行修復與表面強化，單道激光感應復合熔覆層的寬度達20～30mm，每道熔覆厚度可達3mm，激光掃描速度達10m/min，粉末流量達15kg/h，粉末利用率90％，較單純激光熔覆效率提高5～10倍，縮短修復時間30％、節(jié)能10～40％，消除涂層中的氣孔與裂紋等缺陷，大幅度提高模具的耐磨、耐蝕、抗氧化與抗疲勞性能，模具的使用壽命可以提高3～10倍。
文檔編號C23C24/10GK102373468SQ20101025920
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者周圣豐, 戴曉光, 戴曉琴 申請人:孝感市科隆實業(yè)公司