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  • 1 # 人類駐地球大使

    大概需要8000到1萬度左右,一下是詳細分析,不足之處請您指正:

    鐳射熔覆最重要特點是熱量集中,加熱快冷卻快熱影響區小,特別對不同材質之間熔融有著其它熱源無法比擬的特點,也正是這一特殊的加熱和冷卻過程,在熔鑄區域產生的組織結構也不同於其它熔覆(噴焊·堆焊·普通焊接等)手段,甚至可以產生非晶態組織,特別是脈衝鐳射更為明顯。這就是所謂鐳射熔覆不變形無退火的原因。但我以為這只是從工件整體宏觀講,而當你對熔覆層和熱影響區進行微觀分析時,你會看到另一種景象,這一點我將在後面講到。

    2. 裝置特點

    鐳射熔覆目前國內採用採用兩種機型;CO2鐳射器,YAG鐳射器。前者為連續輸出,熔覆用機一般在3KW以上;YAG鐳射為脈衝輸出,一般在600W左右。對於裝置,一般使用者很難吃透,嚴重依賴生產方的服務,購買價格昂貴,維護成本、零部件價格很高,再加上裝置穩定性和耐受性與國外比較普遍都有差距。因此鐳射熔覆機一般用在特殊領域,普通工業製造、維修領域難有效益。

    3. 工藝特點

    ① 前期處理:鐳射熔覆一般只需將工件打磨乾淨,除油,除鏽,去疲勞層等,比較簡單。

    ② 送粉:CO2鐳射器功率較大,一般用氬氣送粉;YAG鐳射功率小,一般用自然落粉的方式。這兩種方式在熔覆時都基本在水平位置形成熔池,傾斜稍大粉末便不能正常送達,鐳射的使用範圍受到限制,特別是YAG鐳射器。

    ④ 加熱快冷卻快:影響金屬相形成的均勻度,也對排氣浮渣不利,這也是造成鐳射熔覆形成氣孔,硬度不均的重要原因,特別是YAG鐳射傾向更嚴重。

    ⑤ 材料選擇:由於不同材料對不同波長鐳射的吸收能力不同,造成鐳射熔覆材料選擇限制較大,鐳射更適於鎳基自熔性合金等一些材料,對碳化物,氧化物的熔覆更困難一些。

    二、等離子熔覆特點

    1. 技術特點:等離子熔覆焊機所採用的等離子弧,是一種電離弧,比弧焊機熱量更集中,所以加熱速度更快,為了獲得更集中的離子束,一般採用高壓縮比孔徑,小電流,以便控制基體溫度不致太高,避免引起退火變形。當然這與YAG鐳射器加熱速度無法比擬。由於等離子弧為連續工作,造成機體冷卻相對較慢,形成的過渡區域比鐳射熔覆要深一些,這對硬麵材料熔覆來說,應力會釋放的好一些。

    2. 裝置特點:等離子熔覆裝置是在直流焊機的基礎上發展而來,其電源·噴槍·送粉器·擺動器等,技術門檻低,容易製造,可靠性好,維護使用簡單,耗電少,使用成本低,通用性好,生產成本低,適應性好,便於規模化生產,效益顯著,對環境要求低,對材料適應廣泛。隨著電氣技術的進步,中國的焊機技術水平已經具備足夠的支援能力。另外裝置體積小,重量小,焊槍可以手持把握,這使它使用起來更靈活方便,輔助工裝的造價便宜。

    3. 工藝特點:

    ① 前期處理簡單:只需除鏽去汙去疲勞層即可。

    ② 送粉:採用氬氣送粉,送分精度要求低,可以有一定的傾斜度。這樣就允許手工操作,對於金屬修復比較適用。

    ④ 加熱和冷卻速度低於鐳射:熔融狀態維持時間長,有利於金相組織均勻形成,排氣浮渣較好,在粉末噴出過程中就已經加熱,且有氬氣和離子氣的保護,所以熔覆層均勻度更好,氣孔夾渣等缺陷更少。

    ⑤ 材料選擇:等離子加熱方式對材料限制少,材料選擇更廣泛,對碳化物,氧化物的熔覆更容易一些。

    三、 關於熔覆中的幾個問題

    1. 關於焊接應力:我們必須建立一個概念,不管使用了什麼樣的名詞(如焊接·堆焊·噴焊·熔覆等)都是在加熱的情況下,在金屬基體上的熔鑄,那麼從加熱到熔鑄,再到冷卻這一過程中,必然產生應力。除了極特殊材料,一般影響最大的還是收縮應力,不同的焊接方式,無非是從加熱方式速度,填充材料和一些其它條件不盡相同。那麼減少這種應力對基體及熔鑄層的影響,都是我們追求焊接質量時要考慮的重要方面。我以為,收縮應力無法避免,那麼應力釋放才是解決焊接應力問題的關鍵。也就是說這種收縮應力釋放到哪裡,從機體到熔鑄區域應力如何分配,才是我們需要而且能夠解決的問題。

    2. 為什麼鐳射焊接(熔覆)變形小:主要是熔鑄區域小,過渡區域小,收縮量小。那麼材料在收縮過程中所產生的收縮力,不足以使整個機體變形。這就是所謂鐳射熔覆不變性的原因(所以當機體尺寸過小時同樣會產生變形)這也是鐳射焊接(熔覆)的優勢。那麼這種焊接應力到哪裡去了呢?它主要是釋放到熔鑄區域和過渡區域了。那麼這就產生了兩個問題。一是熔鑄區容易產生裂紋,所以鐳射熔覆對材料的延展性要求比較高,如鎳基粉末;二是過渡區應力大,由於鐳射焊接過程中加熱快冷卻快,產生的過渡區尺寸過小,造成這一區域應力集中,這就影響了鐳射焊接(熔覆)的結合效果。特別是在基體與焊材機械效能相差較大時,傾向更嚴重,甚至產生脫落現象,這就要求在鐳射熔覆時格外注意過渡層的材質和厚度設計。

    3. 為什麼等離子熔覆(堆焊)不易產生裂紋·氣孔等缺陷:

    主要原因有三點:

    ① 是等離子做熱源進行熔覆(堆焊)與埋弧焊氣保焊等熱量更加集中,離子弧穩定性更好,沒有電極熔耗,輸出熱量均勻,便於控制,這樣使得熔鑄區熱量分佈均勻,材料熔合充分均勻,排氣浮渣都充分,收縮應力分佈均勻。

    ② 是由於等離子裝置控制精度高,對熔鑄區和過渡區的控制方便,且均勻度好,應力分配更容易控制合理。

    4. 熔覆的工藝性:關於鐳射熔覆和等離子熔覆,有許多同行發表了很多文章,大部分都強調鐳射的優勢,這也是大家所追求的目標。然而,多數是從微觀角度用金相分析的方法評價鐳射的。但凡事都有其兩面性,鐳射熔覆也有其劣勢。在工藝方面就有許多限制,在生產實際中更需要高的操作技能,給許多客戶造成困難。我認為主要是加熱快,冷卻快造成的熔覆層熔融時間過短造成光斑外緣和內緣差別大,組織形成不均勻,應力分配不勻,排氣浮渣不充分,造成硬度不均,易形成氣孔夾渣等問題,難以獲得大面積完美的熔覆層,YAG鐳射尤其為甚。所以鐳射熔覆從選材到操作都應格外細緻。等離子熔覆相對鐳射講輸入熱量大,基體變形量比鐳射大。但其熔融充分,硬度分佈均勻,排氣浮渣徹底。材料選擇範圍廣,易於操作,易獲較為完好的整體熔覆層,成本低,效益好。因此在大面積,大厚度,熔覆方面有著明顯優勢。

    二、 以上拙見供同行們在進行工藝選擇時有所參考。

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