CN109202293B - 一种激光诱导电弧熔覆高硼耐磨合金的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光诱导电弧熔覆高硼耐磨合金的加工方法，以高功率电弧热源配合低功率(小于500W)激光热源。通过合理的参数设置，熔化高硼耐磨合金粉末的热量主要由电弧提供，小功率激光对合金粉末的熔化作用较小，但能对熔池起到搅拌作用，改变熔池的流动方式，使粗大柱状的硼化物粒化，容易获得致密的组织。同时小功率激光的主要作用在于激光光致等离子体建立与电弧等离子体的通道，从而提高电弧的稳定性，有助于提高工艺的稳定性。而且，所需激光功率较小，节约了工艺成本。
Description
技术领域
本发明涉及合金加工技术领域，尤其是一种激光诱导电弧熔覆高硼耐磨合金的加工方法。
背景技术
单一激光熔覆技术热输入量稳定可控，扫描速度快，工件加热速度、冷却速度快，热畸变小，厚度、成分和稀释率可控性好，可获得组织致密、性能优越的堆焊层。但是激光堆焊生产成本高，难修复厚度较大和形状复杂的零件，能量消耗极大，由于金属表面的反射等原因，使得能量利用低，同时大功率激光熔覆又是一个速热速冷过程，同时热冲击作用强，熔覆层极易产生残余应力。单一电弧熔覆技术虽然适应性强，应用广泛，设备简单、操作方便和机动灵活，但稀释率高，不易获得薄而均匀的堆焊层，热变形量大，很难满足精密修复的要求；
高硼耐磨合金硬度高、耐磨性好的优点，采用单一激光熔覆和单一电弧熔覆方法对其进行加工的过程中，由于硼在铁中的溶解度极低，过量的硼会导致硬质相硼化物聚集在晶界处，产生硼脆现象，使材料韧性显著降低。同时，由于硬质相硼化物呈粗大柱状，增强了应力集中，裂纹也随之产生；
目前，激光电弧复合熔覆的方法均以大功率激光和大功率电弧复合，两者皆作为融化合金粉末的主要热源，难以解决使粗大柱状的硼化物粒化以获得高致密性的合金组织的问题。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种激光诱导电弧熔覆高硼耐磨合金的加工方法，从而解决采用激光电弧复合熔覆高硼耐磨合金时工艺成本高、易出现材料韧性低、应力集中、易产生裂纹等技术问题。
本发明所采用的技术方案如下：
一种激光诱导电弧熔覆高硼耐磨合金的加工方法，将待修复的工件放置在工作台上，工作台的上方通过激光器的光路传输系统安装有激光头，还包括电弧系统的电极，所述激光器的激光输出能量小于等于500w；具体过程包括以下步骤：
第一步：确定熔覆位置、尺寸和熔覆粉末厚度，确定工件上表面的熔覆尺寸，设定高硼合金粉末的厚度；
第二步：计算高硼合金粉末质量，根据熔覆粉末的厚度计算高硼合金粉末的体积和质量，选用体积分数大于等于2％的高硼合金粉末，将其均匀平铺在熔覆位置；
第三步：确定激光器和电弧系统的工艺参数，正常启动电弧系统的空气开关和激光器开关，调节参数如下：激光的电流强度为100-250A，脉冲宽度为0.4-1.6ms，脉冲重复频率为20-60HZ，离焦量为0-10mm，激光扫描速度为3-10mm/s；电弧的电流强度为80-250A，电弧扫描速度为3-10mm/s，电极与激光束的角度为30°-80°。
第四步：设定激光束与电极的扫描路径相同，扫描时激光束滞后电极的距离为0-3mm。
第五步：启动电弧系统的电极和激光头开关进行扫描。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述工件为Q235钢板，Q235钢板上表面的熔覆尺寸为100x30mm，熔覆粉末厚度为1-2mm。
所述第四步中，设定激光束与电极的扫描路径相同，扫描时激光束滞后电极的距离为1-2mm。
激光和电弧采用旁轴复合的方式。
所述激光器采用固体激光器。
本发明的有益效果如下：
本发明结构在激光诱导电弧熔覆高硼合金过程中，以高功率电弧热源配合低功率(小于500W)激光热源，通过合理的参数设置，熔化高硼耐磨合金粉末的热量主要由电弧提供，小功率激光对合金粉末的熔化作用较小，但能对熔池起到搅拌作用，改变熔池的流动方式，使粗大柱状的硼化物粒化，容易获得致密的组织。同时小功率激光的作用还在于激光光致等离子体建立与电弧等离子体的通道，从而提高电弧的稳定性，有助于提高工艺的稳定性。而且，所需激光功率较小，节约了工艺成本。
同时，本发明还具有如下优点：
由于光致等离子体在温度和密度上比电弧等离子体高得多，故激光和电弧相互之间发生强烈的交互作用，收缩电弧并集中电弧能量；
由于激光滞后于电弧，当电弧扫描之后，电弧能量熔化合金粉末，激光作用于熔池，起到搅拌作用，改变熔池的流动方式，细化粗大的硼化物；同时激光对未完全冷却的熔覆层进行重熔，细化硬质相；此外，激光扫描之后熔覆层快速冷却，较大的过冷度也会起到细化晶粒的效果。
附图说明
图1为本发明的工作状态示意图。
其中：1、工作台；2、工件；3、激光头；4、光路传输系统；5、电极。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本实施例的激光诱导电弧熔覆高硼耐磨合金的加工方法，将待修复的工件2放置在工作台1上，工作台1的上方通过激光器的光路传输系统4安装有激光头3，还包括电弧系统的电极5，激光器的激光输出能量小于等于500w；具体过程包括以下步骤：
第一步：确定熔覆位置、尺寸和熔覆粉末厚度，确定工件2上表面的熔覆尺寸100x30mm，设定高硼合金粉末的厚度1-2mm；
第二步：计算高硼合金粉末质量，根据熔覆粉末的厚度计算高硼合金粉末的体积和质量，选用体积分数大于等于2％的高硼合金粉末，将其均匀平铺在熔覆位置；
第三步：确定激光器和电弧系统的工艺参数，正常启动电弧系统的空气开关和激光器开关，调节参数如下：激光的电流强度为100-250A，脉冲宽度为0.4-1.6ms，脉冲重复频率为20-60HZ，离焦量为0-100mm，激光扫描速度为3-10mm/s；电弧的电流强度为50-250A，电弧扫描速度为3-10mm/s，电极5与激光束的角度为30°-80°。
第四步：设定激光束与电极5的扫描路径相同，扫描时激光束滞后电极的距离为0-3mm，扫描熔覆方向沿图1中与X轴相反的直线方向。
第五步：启动电弧系统的电极5和激光头开关进行扫描。
上述工件2为Q235钢板。
第四步中，设定激光束与电极5的扫描路径相同，扫描时激光束滞后电极的距离为1-2mm。
激光和电弧采用旁轴复合的方式。
激光器采用固体激光器。
上述实施过程激光诱导电弧热源能量集中、热量流失减少，利用率高，能减小热影响区；采用激光诱导电弧熔覆高硼耐磨合金的方法制备的熔覆层具有以下特点：硬质相呈粒状且均匀分布在堆焊层中，应力集中少，稀释率低，扩展裂纹少，与母材结合强度高等。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (1)
1.一种激光诱导电弧熔覆高硼耐磨合金的加工方法，其特征在于：将待修复的工件（2）放置在工作台（1）上，工作台（1）的上方通过激光器的光路传输系统（4）安装有激光头（3），还包括电弧系统的电极（5），所述激光器的激光输出能量小于等于500w；具体过程包括以下步骤：
第一步：确定熔覆位置、尺寸和熔覆粉末厚度，确定工件（2）上表面的熔覆尺寸，设定高硼合金粉末的厚度；
第二步：计算高硼合金粉末质量，根据熔覆粉末的厚度计算高硼合金粉末的体积和质量，选用体积分数大于等于2%的高硼合金粉末，将其均匀平铺在熔覆位置；
第三步：确定激光器和电弧系统的工艺参数，正常启动电弧系统的空气开关和激光器开关，调节参数如下：激光的电流强度为100-250A，脉冲宽度为0.4-1.6ms，脉冲重复频率为20-60HZ，离焦量为0-100mm，激光扫描速度为3mm/s；电弧的电流强度为250A，电弧扫描速度为3mm/s，电极（5）与激光束的角度为80°；
第四步：确定激光与电弧的扫描路径，设定激光束与电极（5）的扫描路径相同，且激光束滞后电极（5）1-2mm；
第五步：激光和电极（5）按扫描路径进行熔覆，启动电弧系统的电极（5）和激光头开关，进行扫描；
所述工件（2）为Q235钢板，Q235钢板上表面的熔覆尺寸为100x30mm，熔覆粉末厚度为1-2mm；
激光和电弧采用旁轴复合的方式；
所述激光器采用固体激光器。
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|---|---|---|---|---|
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102912240A (zh) * | 2012-10-25 | 2013-02-06 | 北京工业大学 | 激光熔覆制备高硼抗磨合金方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN102912240A (zh) * | 2012-10-25 | 2013-02-06 | 北京工业大学 | 激光熔覆制备高硼抗磨合金方法 |
| CN103014702A (zh) * | 2012-12-24 | 2013-04-03 | 常州大学 | 激光叠加钨极气体保护电弧诱导金属表层复合TiN强化方法 |
| CN106862771A (zh) * | 2017-03-17 | 2017-06-20 | 石家庄铁道大学 | 一种用于高温合金的激光辅助熔化极电弧增材连接方法 |
| CN107350625A (zh) * | 2017-09-06 | 2017-11-17 | 江南大学 | 一种低功率激光诱导电弧复合能场修复的加工方法 |
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