CN107723702B - 一种激光熔覆工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光熔覆工艺，具有如下步骤：将YCF101粉末放在干燥箱里，80℃恒温烘干5小时，之后，倒入激光熔覆送粉器内，熔覆采用同轴送粉；将基板磨削，并用酒精清洗，祛杂质，得到光洁的待熔覆基板；用IPG光纤激光器按照一定的激光加工参数和一定的激光扫描策略在光洁的待熔覆基板上进行逐层激光熔覆。本发明有效的消弱了由于单一形式层间搭接方式在搭接处由于粘粉带来的缺陷积累；缺陷的延伸方向与层内扫描轨迹方向一致，通过多组十字交叉纵向层间搭接，使的缺陷均匀分布在熔覆平面上，有效降低缺陷程度；熔池延伸方向与扫描方向也一致，所以下一层熔池处的高温也有效地缓解了搭接处的气孔。

Description

一种激光熔覆工艺
技术领域
本发明属于激光熔覆加工工艺领域，具体涉及了一种去除激光熔覆成形件内部气孔、裂纹以及均匀内部组织的一种激光熔覆工艺。
背景技术
激光熔覆零件在各行各业中的应用越来越受到关注。由于激光熔覆的成形原理，使得一些复杂异形零件的制造成形成为现实，制造过程不需要模具和夹具，没有刀具的损耗，非常适合难于用传统加工方法制造的复杂件。与传统的制造方法比，激光熔覆技术不用考虑零件复杂性，它是机器适应于时应与零件，而传统制造方法是零件适应于机器，零件的制造受到现有设备发展水平的影响。对于一些复杂件和小批量零件，传统制造方法成本高，研发周期长，激光熔覆可以有效克服这些缺点。
目前同轴送粉所制造的零件，气孔是其主要的缺陷，分布不均匀的组织也影响到了零件的性能。虽然有许多研究者对激光熔覆成形工艺进行了研究，但是很少提出具体的方案，而且也没有提出一种解决这种问题的明确的方法。因此激光熔覆技术中成形件气孔是目前技术人员急需解决的问题。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种激光熔覆工艺。本发明采用的技术手段如下：
一种激光熔覆工艺，具有如下步骤：
S1、将YCF101粉末放在干燥箱里，80℃恒温烘干5小时，之后，倒入激光熔覆送粉器内，熔覆采用同轴送粉；
S2、将基板磨削，并用酒精清洗，祛杂质，得到光洁的待熔覆基板；
S3、用IPG光纤激光器按照一定的激光加工参数和一定的激光扫描策略在光洁的待熔覆基板上进行逐层激光熔覆；
所述激光加工参数为：扫描功率450W，扫描速度6mm/s，送粉量12.16g/min，保护气流量15L/h，送粉气流量6L/h，喷嘴与待熔覆基板距离为14～16mm，保护气和送粉气均为氦气，所述激光扫描策略为：多组十字交叉纵向层间搭接，每层纵向提升量为0.5mm，每组十字交叉包括纵向层间搭接的两层直线轨迹线，且每组十字交叉中的两层直线轨迹线间的夹角为90°，相邻两组十字交叉中上层十字交叉中的下层直线轨迹线与下层十字交叉中的上层直线轨迹线间的夹角为45°，每层直线轨迹线中相邻直线轨迹线的中心间距为1.35mm。
相邻两组十字交叉之间添加一层圆轨迹线。
进行逐层激光熔覆时，激光开关光点均匀交叉分布在熔覆层内外轮廓面上；每层直线轨迹线中直线轨迹线的极点能尽可能均匀分布在熔覆层内外轮廓线上。
所述直线轨迹线为长直单向形直线轨迹线或长直双向形直线轨迹线。
所述圆轨迹线为由内向外形圆轨迹线或由外向内形圆轨迹线，每层圆轨迹线中相邻圆轨迹线的中心间距为1.35mm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)多组十字交叉纵向层间搭接有效的消弱了由于单一形式层间搭接方式在搭接处由于粘粉带来的缺陷积累；缺陷的延伸方向与层内扫描轨迹方向一致，通过多组十字交叉纵向层间搭接，使的缺陷均匀分布在熔覆平面上，有效降低缺陷程度；熔池延伸方向与扫描方向也一致，所以下一层熔池处的高温也有效地缓解了搭接处的气孔，热影响区域均匀分布在熔层，降低搭接处温度梯度，有效细化搭接处组织。
(2)多组十字交叉纵向层间搭接，使得熔覆区域的热影响区橫众交错分布，温度分布更均匀，不像单一层内扫描的层间搭接形式，总在同一纵向位置反复的重熔凝固，温度分布不均匀，从而导致搭接处组织粗大，熔池内部组织细密；由于组织均匀化提高，在搭接处的强度也得到了很大的提高；均匀的温度分布，也消除了由于单一形式层间搭接在两层结合处的搭接地方由于能量不足，未熔粉较多，气孔裂纹多这一缺陷；均匀化的温度消弱了温度梯度，使内部热应力减少，裂纹减少。
(3)随着极点以及激光开关光点位置均匀交叉分布在成形件表面的程度增加，表面形貌质量越来越高；相邻两组十字交叉之间添加一层圆轨迹线后，不仅可以保证气孔率、裂纹量少，组织均匀，还可以保证有一个良好的表面质量，有效降低了内部气孔率。
基于上述理由本发明可在激光熔覆加工工艺等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的实施例1和实施例2中长直单向形直线轨迹线示意图。
图2是本发明的实施例1和实施例2中长直双向形直线轨迹线示意图。
图3是本发明的实施例1中第一层直线轨迹线示意图。
图4是本发明的实施例1中第二层直线轨迹线示意图。
图5是本发明的实施例1中第三层直线轨迹线示意图。
图6是本发明的实施例1中第四层直线轨迹线示意图。
图7是本发明的实施例2中由内向外形圆轨迹线示意图。
图8是本发明的实施例2中由外向内形圆轨迹线示意图。
图9是本发明的实施例2中第一层直线轨迹线示意图。
图10是本发明的实施例2中第二层直线轨迹线示意图。
图11是本发明的实施例2中第三层圆轨迹线示意图。
图12是本发明的实施例2中第四层直线轨迹线示意图。
图13是本发明的实施例2中第五层直线轨迹线示意图。
图14是本发明的具体实施方式中不同激光扫描策略得到的熔覆层气孔率对比曲线图。
图15是本发明的具体实施方式中不同激光扫描策略得到的熔覆层截面金相组织图。
图16是本发明的具体实施方式中单一轮廓与实施例1得到的熔覆层搭接强度对比图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-图6所示，一种激光熔覆工艺，具有如下步骤：
S1、将YCF101粉末放在干燥箱里，80℃恒温烘干5小时，之后，倒入激光熔覆送粉器内，熔覆采用同轴送粉；
S2、将基板磨削，并用酒精清洗，祛杂质，得到光洁的待熔覆基板；
S3、用IPG光纤激光器按照一定的激光加工参数和一定的激光扫描策略在光洁的待熔覆基板上进行逐层激光熔覆；
所述激光加工参数为：扫描功率450W，扫描速度6mm/s，送粉量12.16g/min，保护气流量15L/h，送粉气流量6L/h，喷嘴与待熔覆基板距离为14～16mm，保护气和送粉气均为氦气，所述激光扫描策略为：两组十字交叉纵向层间搭接，第一组十字交叉包括纵向层间搭接的第一层直线轨迹线和第二层直线轨迹线，第二组十字交叉包括纵向层间搭接的第三层直线轨迹线和第四层直线轨迹线，每层纵向提升量为0.5mm，
第一层直线轨迹线和第二层直线轨迹线间的夹角为90°，第三层直线轨迹线和第四层直线轨迹线间的夹角为90°，第三层直线轨迹线与第二层直线轨迹线间的夹角为45°，每层直线轨迹线中相邻直线轨迹线的中心间距为1.35mm，如图3-6所示。
进行逐层激光熔覆时，激光开关光点均匀交叉分布在熔覆层内外轮廓面上；每层直线轨迹线中直线轨迹线的极点能尽可能均匀分布在熔覆层内外轮廓线上。
所述直线轨迹线为长直单向形直线轨迹线或长直双向形直线轨迹线。
实施例2
如图7-图13所示，一种激光熔覆工艺，具有如下步骤：
S1、将YCF101粉末放在干燥箱里，80℃恒温烘干5小时，之后，倒入激光熔覆送粉器内，熔覆采用同轴送粉；
S2、将基板磨削，并用酒精清洗，祛杂质，得到光洁的待熔覆基板；
S3、用IPG光纤激光器按照一定的激光加工参数和一定的激光扫描策略在光洁的待熔覆基板上进行逐层激光熔覆；
所述激光加工参数为：扫描功率450W，扫描速度6mm/s，送粉量12.16g/min，保护气流量15L/h，送粉气流量6L/h，喷嘴与待熔覆基板距离为14～16mm，保护气和送粉气均为氦气，所述激光扫描策略为：两组十字交叉纵向层间搭接，两组十字交叉之间添加一层圆轨迹线，第一组十字交叉包括纵向层间搭接的第一层直线轨迹线和第二层直线轨迹线，第二组十字交叉包括纵向层间搭接的第四层直线轨迹线和第五层直线轨迹线，第三层圆轨迹线位于第二层直线轨迹线和第四层直线轨迹线之间，每层纵向提升量为0.5mm，
第一层直线轨迹线和第二层直线轨迹线间的夹角为90°，第四层直线轨迹线和第五层直线轨迹线间的夹角为90°，第四层直线轨迹线与第二层直线轨迹线间的夹角为45°，每层直线轨迹线中相邻直线轨迹线的中心间距为1.35mm，如图9-13所示。
进行逐层激光熔覆时，激光开关光点均匀交叉分布在熔覆层内外轮廓面上；每层直线轨迹线中直线轨迹线的极点能尽可能均匀分布在熔覆层内外轮廓线上。
所述直线轨迹线为长直单向形直线轨迹线或长直双向形直线轨迹线。
所述圆轨迹线为由内向外形圆轨迹线或由外向内形圆轨迹线，每层圆轨迹线中相邻圆轨迹线的中心间距为1.35mm。
图14是本发明的具体实施方式中不同激光扫描策略得到的熔覆层气孔率对比曲线图，从图中可以看出随着扫描轨迹划分熔覆区域细密程度增加，气孔率逐渐降低，由于依然存在缺陷正相关区域以及YCF101粉末融化时流动性不好，气孔不能完全被消除。但通过不同层间搭接方式有效降低了气孔裂纹，有效削弱熔覆过程中热应力积累，从而阻止裂纹的产生和缺陷扩展。
图15是本发明的具体实施方式中不同激光扫描策略得到的熔覆层截面金相组织图，从图中可以看出，随着扫描轨迹线划分熔覆区域细密程度增加，组织均匀性增加，熔池边界不再是明显的圆弧形，而变成复杂曲线甚至消失；搭接处组织由单一轮廓方式的粗大枝晶逐渐变成细小枝晶、等轴晶，成型件截面的等轴晶区均匀分布在整个截面，有效解决组织差异而造成的性能不稳定。
图16是本发明的具体实施方式中单一轮廓与实施例1得到的熔覆层搭接强度对比图，从图中可以看出，实施例1方式下的成型件抗压强度(777.7MPa)明显高于单一轮廓(493.6MPa)，通过不同层间搭接方式，有效解决了组织不均匀问题，从而提高搭接处的结合强度，提高成型件性能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种激光熔覆工艺，其特征在于具有如下步骤：
S1、将YCF101粉末放在干燥箱里，80℃恒温烘干5小时，之后，倒入激光熔覆送粉器内，熔覆采用同轴送粉；
S2、将基板磨削，并用酒精清洗，祛杂质，得到光洁的待熔覆基板；
S3、用IPG光纤激光器按照一定的激光加工参数和一定的激光扫描策略在光洁的待熔覆基板上进行逐层激光熔覆；
所述激光加工参数为：扫描功率450W，扫描速度6mm/s，送粉量12.16g/min，保护气流量15L/h，送粉气流量6L/h，喷嘴与待熔覆基板距离为14～16mm，保护气和送粉气均为氦气，所述激光扫描策略为：多组十字交叉纵向层间搭接，每层纵向提升量为0.5mm，每组十字交叉包括纵向层间搭接的两层直线轨迹线，且每组十字交叉中的两层直线轨迹线间的夹角为90°，相邻两组十字交叉中上层十字交叉中的下层直线轨迹线与下层十字交叉中的上层直线轨迹线间的夹角为45°，每层直线轨迹线中相邻直线轨迹线的中心间距为1.35mm。
2.根据权利要求1所述的激光熔覆工艺，其特征在于：相邻两组十字交叉之间添加一层圆轨迹线。
3.根据权利要求1所述的激光熔覆工艺，其特征在于：进行逐层激光熔覆时，激光开关光点均匀交叉分布在熔覆层内外轮廓面上；每层直线轨迹线中直线轨迹线的极点均匀分布在熔覆层内外轮廓线上。
4.根据权利要求1所述的激光熔覆工艺，其特征在于：所述直线轨迹线为长直单向形直线轨迹线或长直双向形直线轨迹线。
5.根据权利要求2所述的激光熔覆工艺，其特征在于：所述圆轨迹线为由内向外形圆轨迹线或由外向内形圆轨迹线，每层圆轨迹线中相邻圆轨迹线的中心间距为1.35mm。
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