高速激光熔覆與常規(guī)激光熔覆之比較

自2017年末問世一年以來，高速激光熔覆受到了我國激光行業(yè)及廣大金屬表面處理加工業(yè)的廣泛而高度的關(guān)注。高速激光熔覆技術(shù)在我國發(fā)展迅速，特別是西安中科中美激光技術(shù)有限公司，基于完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)，先后推出了2000W，4000W，6000W等系列高速熔覆激光器及整套裝備，為高速激光熔覆產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提供了強(qiáng)大的裝備和技術(shù)支持。

 高速激光熔覆之所以受到廣泛重視，主要原因在于：和常規(guī)激光熔覆相比，高速激光熔覆具有加工效率高，加工精度高、后續(xù)加工成本低，對工件的熱輸入量很小，可減少工件變形等等優(yōu)勢。下面給出二者之詳細(xì)比較：

 一、 高速激光熔覆相較于常規(guī)激光熔覆優(yōu)點(diǎn)在于：

 （1）線速度可達(dá)100m/min，大大提高了熔覆效率。直徑70合金鋼基體，熔覆馬氏體不銹鋼材料，涂層厚度0.5mm，搭接70%情況下，熔覆效率可達(dá)1.2㎡/h，整體加工效率為常規(guī)熔覆的3-4倍。

 （2）熔覆層平整，可直接磨拋加工，不需扯削工序，從而大大節(jié)省材料與加工成本。

 （3）可進(jìn)行薄涂層熔覆（0.2mm-0.3mm），又可進(jìn)行中、厚涂層熔覆（0.3-1.5），薄、厚兼顧，特殊情況下，亦可進(jìn)行多層熔覆。

 （4）熱輸入小，工件熱變形小，可用于加工薄壁件、小型件。

 （5）稀釋率可控制<3%。

 （6）激光功率密度大，可以熔覆高熔點(diǎn)粉末材料。

 （7）可實(shí)現(xiàn)銅、鋁、鈦等有色金屬材料實(shí)現(xiàn)表面強(qiáng)化（見下面詳細(xì)分析）。

 （8）高速熔覆打破了常規(guī)熔覆的許多應(yīng)用限制，應(yīng)用領(lǐng)域廣，且是目前代替電鍍的可行辦法。

二、 高速激光熔覆相交于常規(guī)激光熔覆的缺點(diǎn)在于：

 （1）目前高速熔覆的粉末利用率約在70%左右，比常規(guī)激光熔覆略低，還需進(jìn)一步通過技術(shù)手段提高。

 （2）高速激光熔覆為了追求較高的表面質(zhì)量從而節(jié)省材料、降低加工成本普遍采用20-53um的細(xì)球形粉末，常規(guī)激光熔覆普遍采用50-150um的粗粉。細(xì)粉成本略高于粗粉。 

 （3）高速激光熔覆屬于新技術(shù)，工藝比常規(guī)熔覆略復(fù)雜。

三、高速激光熔覆與常規(guī)激光熔覆的共通點(diǎn)在于：

 （1）熔覆材料共通。常規(guī)激光熔覆可熔覆的材料，高速激光熔覆均可熔；部分常規(guī)激光熔覆不能熔覆的材料，如高熔點(diǎn)材料，高速激光熔覆可熔。

 （2）都為冶金結(jié)合。但高速熔覆的涂層效果類似熱噴涂，表面平整。常規(guī)熔覆起伏較大。

 （3）工藝路線共通。常規(guī)激光熔覆工藝調(diào)整的關(guān)鍵點(diǎn)同樣是高速激光熔覆工藝調(diào)整的關(guān)鍵點(diǎn)。

 （4）應(yīng)用領(lǐng)域一致。即常規(guī)激光熔覆可應(yīng)用的領(lǐng)域高速激光熔覆均可應(yīng)用，且常規(guī)激光熔覆部分無法應(yīng)用的領(lǐng)域高速激光熔覆亦可以應(yīng)用。通俗講就是常規(guī)激光熔覆能干的活高速激光熔覆可以干，常規(guī)激光熔覆不能干的活高速激光熔覆也可能可以干。

四、為什么高速激光熔覆可以在銅、鋁等有色金屬上熔覆：

銅、鋁表面強(qiáng)化一直是行業(yè)迫切需求，但工藝難度大。目前在非冶金結(jié)合情況下可采用噴涂與電鍍工藝路線；冶金結(jié)合情況下目前常規(guī)激光熔覆可采用YAG激光熔覆路線，但YAG工藝路線存在效率低下；其它二氧化碳、半導(dǎo)體、半導(dǎo)體光纖耦合等常規(guī)激光熔覆路線部分學(xué)校、企業(yè)做了大量研究，但最終結(jié)果均不理想，主要原因是由于：銅、鋁難以熔覆的原因在于導(dǎo)熱快，基體不易形成熔池。

 從目前的初步試驗(yàn)結(jié)果看，高速激光熔覆最可能解決這個(gè)行業(yè)難點(diǎn)。高速激光熔覆的功率密度是常規(guī)激光熔覆的10-20倍，且一部分光直接作用于基體，可以在銅、鋁基體上形成熔池，這是高速激光熔覆可以實(shí)現(xiàn)銅、鋁上熔覆的最主要原因。