專利名稱：激光熔覆方法
技術領域：
本發(fā)明涉及工程機械領域，更具體地，涉及一種激光熔覆方法。
背景技術：
在工程機械領域，有特殊要求的零部件非常多，需要對其進行特殊的處理。以現(xiàn)有的泵送系統(tǒng)為例，其易損件可以大致分為砼缸、混凝土輸送管、S管、眼鏡板、切割環(huán)。砼缸的現(xiàn)在的生產方式為在機械加工后的內表面用電鍍的方式鍍一定厚度的硬鉻來增強砼缸內壁的耐磨防腐蝕性。輸送管的生產方式為采取熱處理強化單層/雙層輸送管內壁來提高混凝土輸送管的內壁耐磨性，熱處理方式一般為淬火。眼鏡板的現(xiàn)有生產方式為在基體上鑲嵌硬度較高的合金環(huán)+硬質合金層或者眼鏡板整體采用硬質合金制造或者用堆焊+合金環(huán)的形式來生產。切割環(huán)的生產方式與眼鏡板的生產方式相似。S管也采用堆焊增強內壁耐磨性的方式來生產，也有采用耐磨材料鑄造生產的方式。以上的生產方式中，電鍍硬鉻成本高昂，對環(huán)境污染嚴重，生產效率低下，而且電鍍硬鉻的砼缸電鍍層與母體的結合為非冶金結合，一旦電鍍層局部受損，整個砼缸內壁電鍍層會成塊掉落，造成砼缸的報廢。輸送管內壁經過熱處理之后硬度難以令人滿意，而且由于鋼管制造誤差，其內孔經常為非圓形的，這樣就造成管壁淬火層厚度不一，耐磨性不均勻，從而造成輸送管提前報廢。眼鏡板與切割環(huán)由于受高壓沖擊，要與混凝土摩擦，使用工況十分惡劣，現(xiàn)有技術雖然采用了硬質合金等來延長其使用壽命，但效果依然不佳，而且眼鏡板與切割環(huán)磨損后就完全報廢，浪費較嚴重。而S管的堆焊工藝效率低下，耐磨焊條堆焊的質量難以控制。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于提供一種激光熔覆方法，以通用方法來制造特殊零部件，并能夠提高零部件的生產效率與使用壽命。根據(jù)本發(fā)明的激光熔覆方法，包括以下步驟下料，根據(jù)待熔覆工件準備用于激光熔覆的熔覆材料；激光熔覆，激光融化待熔覆工件的母體材料，將熔覆材料與母體材料熔合在母體材料上形成熔覆層。進一步地，激光熔覆過程中采用的激光工藝參數(shù)包括激光功率P，1500W彡P彡IOOOOff ；激光掃描速度V，600mm/min彡V彡3000mm/min ；光斑尺寸，其中，光斑長為L，光斑寬為W，4mm彡L彡12mm, Imm ^ W ^ 8mm ；搭接率為J，30%彡J彡70%。進一步地，熔覆材料為粉末狀態(tài)或者為絲狀。進一步地，通過調節(jié)送粉裝置將粉末狀態(tài)的熔覆材料送入激光融化母體材料形成的熔池中，隨后激光束從熔池中移開。進一步地，通過調節(jié)送粉裝置將粉末狀態(tài)的熔覆材料預先送到激光束即將經過的路徑上或通過爆炸法或者膠粘法將粉末狀態(tài)的熔覆材料預先放置到激光束即將經過的路徑上。進一步地，激光掃描速度為V，600mm/min ^ V ^ 3000mm/min。進一步地，激光熔覆過程中采用的激光工藝參數(shù)還包括熔融層的厚度為H，其中，0. Imm彡H彡5謹；熔融層的硬度為r，其中，HRC50彡r彡HRC67。進一步地，激光熔覆采用激光頭發(fā)射激光，激光頭上設置有位移傳感器。進一步地，熔覆材料為鈷基合金或為鎳基合金或為鐵基合金，其中熔覆材料為鈷基合金時的組成成分中的以下各成分的質量百分比為C為0.2% 1.65%，Cr為11% 30%，3土為0.5% 1.2%，慰為2% 4%，] 11為0.5% 1.7%，]\10為0.6% 2.8%，Cu為0. 3% 0. 8%，W為0. 5% 6%，Co為余量；熔覆材料為鎳基合金時的組成成分中的以下各成分的質量百分比為C為0.2 1.65%，Cr為11 % 30%，Si為0. 5% 1.2%，Mn 為 0.5% 1·7%，Μο 為 0.6% 2.8%，Cu 為 0.3% 0.8%，W 為 0.5% 6%，Ni 為余量；熔覆材料為鐵基合金時的組成成分中的以下各成分的質量百分比為C為0. 2% 1. 65%，Cr 為 11% 30%，Si 為 0. 5% 1. 2% ,Ni 為 2% 4% ,Mn 為 0. 5% 1. 7%，Mo為 0. 6% 2. 8%，Cu 為 0. 3% 0. 8%，W 為 0. 5% 6%，F(xiàn)e 為余量。進一步地，熔覆材料為碳化鎢合金、氧化鋁合金、陶瓷材料或者硬質合金材料。進一步地，激光熔覆方法還包括在下料之后的清理步驟，清理步驟為對待熔覆工件的待熔覆表面進行除油和/或除銹處理。進一步地，激光熔覆方法還包括在激光熔覆之后的后處理步驟，后處理步驟為對熔覆層進行熱處理或者機械加工處理。根據(jù)本發(fā)明的激光熔覆方法，熔覆層與母材的結合方式為冶金結合，由于熔覆速度快，熱影響區(qū)小，熔覆層的質量比較容易控制，不容易產生脆點或者裂紋等質量缺陷，且熔覆層與母材的結合力強。


構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的激光熔覆方法的步驟示意圖。
具體實施例方式下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明的激光熔覆方法，包括以下步驟下料，根據(jù)待熔覆工件準備用于激光熔覆的熔覆材料；激光熔覆，激光融化待熔覆工件的母體材料，將熔覆材料與母體材料熔合在母體材料上形成熔覆層；其中，激光熔覆過程中采用的激光工藝參數(shù)包括激光功率P，1500W彡P彡IOOOOff ；激光掃描速度V，600mm/min彡V彡3000mm/min ；光斑尺寸，其中，光斑長為L，光斑寬為W，4mm彡L彡12mm, Imm ^ W ^ 8mm ；搭接率為J，30%彡J彡70%。下面以軸類零件的激光熔覆為例對本發(fā)明的激光熔覆方法進行說明下料步驟制作激光熔覆之前的母材原料，可以為半成品，板材厚度為2mm 50mm?？梢愿鶕?jù)生產需要選擇。用于激光熔覆的熔覆材料可以是粉末狀態(tài)，也可以是絲狀。該熔覆材料的種類與成分比例可以根據(jù)需要生產的零部件的要求進行選擇與配置。
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優(yōu)選地，在下料過程后進行清理步驟，對需要進行激光熔覆的表面進行除油、除銹處理，還可以再用丙酮或者酒精對待熔覆表面進行進一步清理。激光熔覆步驟粉末類熔覆材料的熔覆可以通過調節(jié)送粉裝置將粉末送入激光熔化母體材料形成的熔池中并融于熔池金屬液中，激光束移開熔池后，熔池金屬液迅速凝結形成母體材料與熔覆材料混合而成的熔覆層。也可以采用將粉末通過調節(jié)送粉裝置精確送到激光束即將經過的路徑上，或者采用爆炸法或膠粘法等其他方式預先將粉末置于激光束即將經過的路徑上。在激光束照射下粉末及母材表面熔化，從而將粉末與母材混合形成熔覆層。本發(fā)明優(yōu)選預先送粉的方式，這種方式的優(yōu)點在于母材的熔化層較淺，對母材的成分破壞較小，同時熔覆層的成分變化較小。優(yōu)選地，為了得到更少氧化的熔覆層，可以在熔覆的過程中施加氬氣、氮氣、氦氣、二氧化碳等保護氣體對熔池進行保護。后處理步驟對熔覆表面有其他要求的可以進行熱處理或機械加工處理。其中，激光熔覆過程采用的相關激光工藝參數(shù)包括激光功率1500W 10000W ；光斑尺寸光斑長L*光斑寬W = G 12)mm* (1 8)mm ；另外，也可采用圓形激光光斑進行激光熔覆，光斑直徑為D，4mm < D < 12mm ；激光掃描速率:600mm/min 3000mm/min ；搭接率30% 70%;熔覆層的厚度為0. Imm 5mm，硬度大于或者等于HRC50，小于或者等于HRC67。其中，激光功率、光斑尺寸、激光掃描速度以及熔覆的搭接率是影響熔覆層要求的厚度與硬度四個不可分割、相互影響的要素。對不同種類的激光器，根據(jù)待熔覆材料對該激光的吸收率選擇適當?shù)募す夤β实燃?。對相同激光器，根?jù)待熔覆材料的成分、厚度以及硬度要求選擇適當?shù)募す夤β?、光斑尺寸、激光掃描速度以及搭接率的工藝匹配范圍。其中，前述熔覆材料的種類與成分比例可以根據(jù)需要生產的零部件的要求進行選擇與配置，例如熔覆材料為鈷基合金，其組成成分中的以下各成分的質量百分比為:C為0. 2% 1. 65%，Cr 為 11% 30%，Si 為 0. 5% 1. 2%，Ni 為 2% 4%，Mn 為 0. 5% 1.7%，Mo 為 0. 6% 2. 8%，Cu 為 0. 3% 0. 8%，W 為 0. 5% 6%，Co 為余量?；蛘?，熔覆材料為鎳基合金，其組成成分中的以下各成分的質量百分比為C為0. 2 1. 65%，Cr為11% 30%，5士為0.5% 1.2%，] 11為0.5% 1.7%，]\10為0.6% 2.8%，01為0.3% 0. 8%，W為0. 5% 6%，Ni為余量?；蛘?，熔覆材料為鐵基合金，其組成成分中的以下各成分的質量百分比為C為0. 2% 1.65%，Cr為11% 30%，Si為0. 5% 1.2%，Ni為2% 4%，Mn 為 0.5% 1·7%，Μο 為 0.6% 2.8%，Cu 為 0.3% 0.8%，W 為 0.5% 6%,Fe為余量。除上述的合金材料外，熔覆材料還可為碳化鎢合金、氧化鋁合金、陶瓷材料或者硬質合金材料等耐磨材料。下面以孔類零件的激光熔覆為例對本發(fā)明的激光熔覆方法進行說明，由于其步驟與軸類零件的加工方法類似，因此相同內容將不再贅述。下料步驟根據(jù)需要生產的零部件準備熔覆母體材料及用于激光熔覆的熔覆材料。母體材料長度0. 15 7米，壁厚2 15mm，內徑120 300mm，可以根據(jù)生產需要選擇。用于激光熔覆的熔覆材料可以是粉末狀態(tài)，也可以是絲狀。該熔覆材料的種類與成分比例可以根據(jù)需要生產的零部件的要求進行選擇與配置。對于深孔或小徑孔的激光熔覆，本發(fā)明采用一般的固定光路設計并進行優(yōu)化、標準化設計，以保證光束質量。另外，在發(fā)射激光的激光頭上加裝位移傳感器，當孔徑在公差范圍內發(fā)生變動時，激光頭可以沿垂直方向上下移動，可以根據(jù)孔徑的變化來微調激光頭的位置，用以保證孔內熔覆層的均勻性。另外，長管(或深孔)的熔覆可以采用先熔覆一頭再調頭熔覆另一頭的方式熔覆，小徑孔則可以通過更換經標準化設計的激光頭上的鏡片來適應管徑的變化，管徑越大，焦距越大。另外，孔類零件的激光掃描速率為600mm/min 1500mm/min。以現(xiàn)有的泵送系統(tǒng)為例，本發(fā)明中的工程機械特殊零部件例如可以為泵送系統(tǒng)中的易損件，如砼缸、混凝土輸送管、S管、眼鏡板、切割環(huán)等。從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明上述的實施例實現(xiàn)了如下技術效果1、本發(fā)明得到的熔覆層與母材的結合方式為冶金結合，結合力強，比鑲鑄結合、機械結合的形式有更強的韌性和抗沖擊性能。鑲鑄、焊接的方式難免存在脆性點或者其他缺陷，如焊接的裂紋、氣孔和夾渣，這些缺陷的存在會在大沖擊力或剪切力下發(fā)生斷裂失效。而激光熔覆層和母材結合為冶金結合，由于熔覆速度快，熱影響區(qū)小，熔覆層的質量比較容易控制，不容易產生脆點或者裂紋等質量缺陷；2、本發(fā)明得到的熔覆層的硬度比一般的母材或者母材經過熱處理后要高，熔覆層的組織晶粒更細，更加耐磨、耐腐蝕。激光熔覆由于熔覆過程將金屬迅速加熱到金屬的熔點或熔點以上的溫度，激光移開后熔池迅速冷卻凝結，過冷度極高，冷卻速度快，得到的晶粒較細；3、本發(fā)明設計的工藝無污染，易于實現(xiàn)自動化控制降低勞動成本和生產成本。設計的工藝均不包含對環(huán)境不友好的因素，而傳統(tǒng)的制作方法存在焊接、熱處理淬火液、六價鉻等對環(huán)境極不友好的因素。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種激光熔覆方法，其特征在于，包括以下步驟 下料，根據(jù)待熔覆工件準備用于激光熔覆的熔覆材料；激光熔覆，激光融化待熔覆工件的母體材料，將所述熔覆材料與所述母體材料熔合在所述母體材料上形成熔覆層。
2.根據(jù)權利要求1所述的激光熔覆方法，其特征在于，所述激光熔覆過程中采用的激光工藝參數(shù)包括激光功率 P，1500W ≤ P ≤ IOOOOff ；激光掃描速度 V，600mm/min ≤ V ≤ 3000mm/min ；光斑尺寸，其中，光斑長為L，光斑寬為W，4mm≤L≤12mm, 1mm ≤ W ≤ 8mm ； 搭接率為J，30≤J≤70%。
3.根據(jù)權利要求1所述的激光熔覆方法，其特征在于，所述熔覆材料為粉末狀態(tài)或者為絲狀。
4.根據(jù)權利要求1所述的激光熔覆方法，其特征在于，通過調節(jié)送粉裝置將粉末狀態(tài)的所述熔覆材料送入激光融化母體材料形成的熔池中，隨后激光束從所述熔池中移開。
5.根據(jù)權利要求1所述的激光熔覆方法，其特征在于，通過調節(jié)送粉裝置將粉末狀態(tài)的所述熔覆材料預先送到激光束即將經過的路徑上或通過爆炸法或者膠粘法將粉末狀態(tài)的所述熔覆材料預先放置到激光束即將經過的路徑上。
6.根據(jù)權利要求1所述的激光熔覆方法，其特征在于，激光掃描速度為V，600mm/ min ( 3000mm/mino
7.根據(jù)權利要求1所述的激光熔覆方法，其特征在于，所述激光熔覆過程中采用的激光工藝參數(shù)包括所述熔融層的厚度為H，其中，0. Imm ^ H ^ 5mm ； 所述熔融層的硬度為r，其中，HRC50 ^r^ HRC67。
8.根據(jù)權利要求1所述的激光熔覆方法，其特征在于，所述激光熔覆采用激光頭發(fā)射激光，所述激光頭上設置有位移傳感器。
9.根據(jù)權利要求1所述的激光熔覆方法，其特征在于，所述熔覆材料為鈷基合金或為鎳基合金或為鐵基合金，其中所述熔覆材料為所述鈷基合金時的組成成分中的以下各成分的質量百分比為 C 為 0. 2% 1. 65%，Cr 為 11% 30%，Si 為 0. 5% 1. 2%，Ni 為 2% 4%，Mn 為 0. 5% 1. 7%,Mo 為 0. 6% 2. 8%，Cu 為 0. 3% 0. 8%，W 為 0. 5% 6%，Co 為余量； 所述熔覆材料為所述鎳基合金時的組成成分中的以下各成分的質量百分比為 C 為 0. 2 1. 65%，Cr 為 11% 30%，Si 為 0. 5% 1. 2%，Mn 為 0. 5% 1. 7%，Mo 為 0. 6% 2. 8%，Cu 為 0. 3% 0. 8%，W 為 0. 5% 6%，Ni 為余量；所述熔覆材料為所述鐵基合金時的組成成分中的以下各成分的質量百分比為 C 為 0. 2% 1. 65%，Cr 為 11% 30%，Si 為 0. 5% 1. 2%，Ni 為 2% 4%，Mn 為 0. 5% 1.7%，Mo 為 0. 6% 2. 8%，Cu 為 0. 3% 0. 8%，W 為 0. 5% 6%，F(xiàn)e 為余量。
10.根據(jù)權利要求1所述的激光熔覆方法，其特征在于，所述熔覆材料為碳化鎢合金、 氧化鋁合金、陶瓷材料或者硬質合金材料。
11.根據(jù)權利要求1所述的激光熔覆方法，其特征在于，還包括在下料之后的清理步驟，所述清理步驟為對所述待熔覆工件的待熔覆表面進行除油和/或除銹處理。
12.根據(jù)權利要求1所述的激光熔覆方法，其特征在于，還包括在激光熔覆之后的后處理步驟，所述后處理步驟為對所述熔覆層進行熱處理或者機械加工處理。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種激光熔覆方法，包括下料，根據(jù)待熔覆工件準備熔覆材料；激光熔覆，激光融化母體材料，將熔覆材料與母體材料熔合在母體材料上形成熔覆層。本發(fā)明的熔覆層與母材的結合方式為冶金結合，由于熔覆速度快，熱影響區(qū)小，熔覆層的質量比較容易控制，不容易產生脆點或者裂紋等質量缺陷，且熔覆層與母材的結合力強。
文檔編號C23C24/10GK102560478SQ201210050008
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權日2012年2月29日
發(fā)明者曾利成 申請人:中聯(lián)重科股份有限公司