CN108570674B - 一种低熔点合金激光熔覆成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供低熔点合金激光熔覆成形方法，包括：采用高能量密度进行低熔点合金熔覆，在低熔点合金和轴瓦基体之间形成第一熔覆层；在第一熔覆层的基础上采用降低激光功率密度的方式进行熔覆，在第一熔覆层上形成第二熔覆层，根据熔覆层厚度不同，第二熔覆层数不仅限于一层；在第二熔覆层的基础上采用降低送粉速率提高成形精度的方式进行熔覆，在第二熔覆层上形成第三熔覆层。本发明提供的低熔点合金激光熔覆成形方法，能够实现热物性参数较大的两种合金间冶金结合，与传统浇注的方式相比大大提高了锡基巴氏合金与钢基体之间的结合强度和成形精度，降低了材料浪费。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，特别涉及一种低熔点合金激光熔覆成形方法。
背景技术
激光熔覆成形技术是近年来发展起来的集计算机技术、数控技术、激光技术和材料加工技术于一体的新型的先进制造技术。该技术将快速原型制造技术和激光熔覆表面强化技术相结合，利用高能激光束在金属基体表面形成熔池，将送粉装置和喷嘴输送到熔池的金属粉末熔化，快速凝固后熔覆层与基体形成冶金结合，激光熔覆成形过程采用高纯氩气进行粉末输送及同轴保护，以避免成形过程中熔池被氧化。激光熔覆头被集成在机床或机械臂上，具有较高的运动自由度和定位精度，适合复杂曲面和结构件表面熔覆成形。
激光熔覆成形熔覆层的微观组织具有快速熔化和冷却的特点，能够实现组织均匀细化。目前国内外均未见相关激光熔覆成形方式应用于进行锡基巴氏合金耐磨层熔覆。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低熔点合金激光熔覆成形方法，以解决目前锡基巴氏合金耐磨层与基体结合力低，耐磨层组织粗大的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种低熔点合金激光熔覆成形方法，包括：采用高能量密度进行低熔点合金熔覆，在低熔点合金和轴瓦基体之间形成第一熔覆层；在所述第一熔覆层的基础上采用降低激光功率密度的方式进行熔覆，在所述第一熔覆层上至少形成一层第二熔覆层；在所述第二熔覆层的基础上以降低送粉速率提高成形精度的方式进行熔覆，在所述第二熔覆层上形成第三熔覆层。
进一步地，先进行单层单道激光熔覆，再进行单层多道搭接形成所述第一熔覆层。
进一步地，单层多道搭接的道间搭接率为η＝40％。
进一步地，选择Z轴提升量ΔZ1＝0.79mm形成所述第二熔覆层。
进一步地，选择Z轴提升量ΔZ2＝0.4mm形成所述第三熔覆层。
本发明提供的低熔点合金激光熔覆成形方法，能够实现热物性参数较大的两种合金间冶金结合，与传统浇注的方式相比大大提高了锡基巴氏合金与钢基体之间的结合强度。
本发明提供的低熔点合金激光熔覆成形的方法，由于激光束能量较为集中能量密度较大，因此进行激光熔覆过程中热量输入较低，得到的熔覆层整体内应力相较于传统方式较小，不易产生脱壳现象。
本发明提供的低熔点合金激光熔覆成形的方法，不仅可在复杂曲面上进行熔覆而且可对合金层的局部磨损进行修复，成形精度较高，材料去除率低，组织致密均匀，无明显的气孔、夹渣等缺陷，相较于传统浇注方式，大大节省了锡基巴氏合金材料。
附图说明
下面结合附图对发明作进一步说明：
图1为本发明实施例提供的低熔点合金激光熔覆成形方法步骤流程示意图；
图2为本发明实施例提供的在基板上进行单层单道激光熔覆的剖面结构示意图；
图3为本发明实施例提供的在锡基巴氏合金板和20#钢板上进行的单层多道搭接的剖面结构示意图；
图4为本发明实施例提供的在20#钢板上进行的多层多道熔覆的剖面结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的低熔点合金激光熔覆成形方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，本发明提供的低熔点合金激光熔覆成形方法，能够实现热物性参数较大的两种合金间冶金结合，与传统浇注的方式相比大大提高了锡基巴氏合金与钢基体之间的结合强度。不仅可在复杂曲面上进行熔覆而且可对合金层的局部磨损进行修复，成形精度较高，材料去除率低，组织致密均匀，无明显的气孔、夹渣等缺陷，相较于传统浇注方式，大大节省了锡基巴氏合金材料。由于激光束能量较为集中能量密度较大，因此进行激光熔覆过程中热量输入较低，得到的熔覆层整体内应力相较于传统方式较小，不易产生脱壳现象。
图1为本发明实施例提供的低熔点合金激光熔覆成形方法步骤流程示意图。参照图1，低熔点合金激光熔覆成形方法，包括：
S11、采用能够熔化钢基体的高能量密度进行低熔点合金熔覆，在低熔点合金和轴瓦基体之间形成第一熔覆层；
S12、在所述第一熔覆层的基础上采用降低激光功率密度使得低熔点合金熔化的方式进行熔覆，在所述第一熔覆层上形成第二熔覆层，根据熔覆层厚度不同，第二熔覆层层数不限于一层；
S13、在所述第二熔覆层的基础上以降低送粉速率提高成形精度的方式进行熔覆，在所述第二熔覆层上形成第三熔覆层。
由于钢与锡基巴氏合金热物性参数差别较大，第一熔覆层质量的好坏直接影响两合金间结合强度，因此第一熔覆层采用高能量密度进行低熔点合金熔覆，实现低熔点合金与轴瓦基体之间冶金结合，提高两者间结合强度。
图2为本发明实施例提供的在基板上进行单层单道激光熔覆的剖面结构示意图。参照图2，固定激光束扫描速度、送粉速率等参数，仅改变激光功率，分别在锡基巴氏合金板和20#钢板上进行单层单道激光熔覆，最终得到表面光洁饱满无氧化且和基体结合良好的单层单道熔覆层，在钢基板上熔覆得到形貌较好熔覆层对应的工艺参数为激光功率为P＝2000w，激光束扫描速度为V＝20mm/s，送粉速率Q＝19.97g/min，熔覆层宽W＝3.94mm，高H＝1.13mm；在锡基巴氏合金块上得到形貌较好熔覆层对应的工艺参数为激光功率为P＝800w，激光束扫描速度为V＝20mm/s，送粉速率Q＝19.97g/min，熔覆层宽W＝4.39mm，高H＝1.13mm。
图3为本发明实施例提供的在锡基巴氏合金板和20#钢板上进行的单层多道搭接的剖面结构示意图。参照图3，在锡基巴氏合金板和20#钢板上进行的单层多道搭接试验，其中道与道间搭接得到表面平整的熔覆层所对应的道间搭接率η＝40％。最终形成第一熔覆层。
由于低熔点合金熔点较低，连续采用较高功率密度进行激光熔覆必然导致轴瓦基体热量累积严重，导致已熔覆合金层发生重熔而流淌，因此在第一层的基础上采用降低激光功率密度的方式进行熔覆，降低热输入量的同时降低了热应力。图4为本发明实施例提供的在20#钢板上进行的多层多道熔覆的剖面结构示意图。参照图4，选择合适的Z轴提升量ΔZ1＝0.79mm形成所述第二熔覆层。为提高合金层成形精度，降低合金层切除量，避免材料浪费，在熔覆过程最后采用较小的分层精度进行熔覆，控制熔覆层的尺寸精度，根据Z轴提升量与送粉速率间近似线性关系通过降低送粉速率来降低熔覆层分层厚度，采用送粉速率为Q＝10g/min，得到顶层Z轴提升量为ΔZ2＝0.4mm第三熔覆层。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (5)
1.一种低熔点合金激光熔覆成形方法，其特征在于，包括：
采用高能量密度进行低熔点合金熔覆，在低熔点合金和轴瓦基体之间形成第一熔覆层；
在所述第一熔覆层的基础上采用降低激光功率密度的方式进行熔覆，在所述第一熔覆层上至少形成一层第二熔覆层；
在所述第二熔覆层的基础上以降低送粉速率来提高成形精度的方式，在所述第二熔覆层上形成第三熔覆层。
2.如权利要求1所述的低熔点合金激光熔覆成形方法，其特征在于，先进行单层单道激光熔覆，再进行单层多道搭接形成所述第一熔覆层。
3.如权利要求2所述的低熔点合金激光熔覆成形方法，其特征在于，单层多道搭接的道间搭接率为η＝40％。
4.如权利要求1所述的低熔点合金激光熔覆成形方法，其特征在于，选择Z轴提升量ΔZ1＝0.79mm形成所述第二熔覆层。
5.如权利要求1所述的低熔点合金激光熔覆成形方法，其特征在于，选择Z轴提升量ΔZ2＝0.4mm形成所述第三熔覆层。
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