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              等离子熔覆与激光熔覆的优缺点

              等离子熔覆与激光熔覆的优缺点

              一、激光熔覆特点
              1. 技术特点
              激光熔覆重要特点是热量集中,加热快冷却快热影响区小,特别对不同材质之间熔融有着其它热源无法比拟的特点,也正是这一特殊的加热和冷却过程,在熔铸区域产生的组织结构也不同于其它熔覆(喷焊·堆焊·普通焊接等)手段,甚至可以产生非晶态组织,特别是脉冲激光更为明显。这就是所谓激光熔覆不变形无退火的原因。但我以为这只是从工件整体宏观讲,而当你对熔覆层和热影响区进行微观分析时,你会看到另一种景象,这一点我将在后面讲到。
              2. 设备特点
              激光熔覆目前国内采用采用两种机型;CO2激光器,YAG激光器。前者为连续输出,熔覆用机一般在3KW以上;YAG激光为脉冲输出,一般在600W左右。对于设备,一般使用者很难吃透,严重依赖生产方的服务,购买价格昂贵,维护成本、零部件价格很高,再加上设备稳定性和耐受性与国外比较普遍都有差距。因此激光熔覆机一般用在特殊领域,普通工业制造、维修领域难有效益。
              3. 工艺特点
              前期处理:激光熔覆一般只需将工件打磨干净,除油,除锈,去疲劳层等,比较简单。
              第二送粉:CO2激光器功率较大,一般用氩气送粉;YAG激光功率小,一般用自然落粉的方式。这两种方式在熔覆时都基本在水平位置形成熔池,倾斜稍大粉末便不能正常送达,激光的使用范围受到限制,特别是YAG激光器。
              第三从熔池形成的状态看:由于激光的控制精度高,输出功率恒定,且没有电弧接触,所以熔池大小深度一致性好。
              第四加热快冷却快:影响金属相形成的均匀度,也对排气浮渣不利,这也是造成激光熔覆形成气孔,硬度不均的重要原因,特别是YAG激光倾向更严重。
              第五材料选择:由于不同材料对不同波长激光的吸收能力不同,造成激光熔覆材料选择限制较大,激光更适于镍基自熔性合金等一些材料,对碳化物,氧化物的熔覆更困难一些。

              二、微束等离子熔覆特点
              1. 技术特点:
              微束等离子熔覆机所采用的等离子束,是一种电离弧,比弧焊机热量更集中,所以加热速度更快,为了获得更集中的离子束,一般采用高压缩比孔径,小电流,以便控制基体温度不致太高,避免引起退火变形。当然这与YAG激光器加热速度无法比拟。由于等离子弧为连续工作,造成机体冷却相对较慢,形成的过渡区域比激光熔覆要深一些,这对硬面材料熔覆来说,应力会释放的好一些。
              2.设备特点:
              微束等离子熔覆设备是在直流焊机的基础上发展而来,其电源·喷枪·送粉器·摆动器等,技术门槛低,容易制造,可靠性好,维护使用简单,耗电少,使用成本低,通用性好,生产成本低,适应性好,便于规模化生产,效益显著,对环境要求低,对材料适应广泛。随着电气技术的进步,我国的焊机技术水平已经具备足够的支持能力。另外设备体积小,重量小,焊枪可以手持把握,这使它使用起来更灵活方便,辅助工装的造价便宜。
              3. 工艺特点:
              前期处理简单:只需除锈去污去疲劳层即可。
              第二送粉:采用氩气送粉,送分精度要求低,可以有一定的倾斜度。这样就允许手工操作,对于金属修复比较适用。
              第三微束等离子稳定性好:微束等离子的稳定性好,熔池的形成也易于控制,敷材与机体融合充分,区域过度较好。
              第四加热和冷却速度低于激光:熔融状态维持时间长,有利于金相组织均匀形成,排气浮渣较好,在粉末喷出过程中就已经加热,且有氩气和离子气的保护,所以熔覆层均匀度更好,气孔夹渣等缺陷更少。
              第五材料选择:等离子加热方式对材料限制少,材料选择更广泛,对碳化物,氧化物的熔覆更容易一些。
              三、关于熔覆中的几个问题
              1. 关于焊接应力:我们必须建立一个概念,不管使用了什么样的名词(如焊接·堆焊·喷焊·熔覆等)都是在加热的情况下,在金属基体上的熔铸,那么从加热到熔铸,再到冷却这一过程中,必然产生应力。除了极特殊材料,一般影响大的还是收缩应力,不同的焊接方式,无非是从加热方式速度,填充材料和一些其它条件不尽相同。那么减少这种应力对基体及熔铸层的影响,都是我们追求焊接质量时要考虑的重要方面。我以为,收缩应力无法避免,那么应力释放才是解决焊接应力问题的关键。也就是说这种收缩应力释放到哪里,从机体到熔铸区域应力如何分配,才是我们需要而且能够解决的问题。
              2. 为什么激光焊接(熔覆)变形小:主要是熔铸区域小,过渡区域小,收缩量小。那么材料在收缩过程中所产生的收缩力,不足以使整个机体变形。这就是所谓激光熔覆不变性的原因(所以当机体尺寸过小时同样会产生变形)这也是激光焊接(熔覆)的优势。那么这种焊接应力到哪里去了呢?它主要是释放到熔铸区域和过渡区域了。那么这就产生了两个问题。一是熔铸区容易产生裂纹,所以激光熔覆对材料的延展性要求比较高,如镍基粉末;二是过渡区应力大,由于激光焊接过程中加热快冷却快,产生的过渡区尺寸过小,造成这一区域应力集中,这就影响了激光焊接(熔覆)的结合效果。特别是在基体与焊材机械性能相差较大时,倾向更严重,甚至产生脱落现象,这就要求在激光熔覆时格外注意过渡层的材质和厚度设计。
              3. 为什么等离子熔覆(堆焊)不易产生裂纹·气孔等缺陷:主要原因有三。一是等离子做热源进行熔覆(堆焊)与埋弧焊气保焊等热量更加集中,离子弧稳定性更好,没有电极熔耗,输出热量均匀,便于控制,这样使得熔铸区热量分布均匀,材料熔合充分均匀,排气浮渣都充分,收缩应力分布均匀。二是由于等离子设备控制精度高,对熔铸区和过渡区的控制方便,且均匀度好,应力分配更容易控制合理。三是用氩气保护不需要各种添加剂,也不存在排氢,氧化等问题,所以等离子熔覆(堆焊)更适合大面积,大厚度,高质量的硬面熔铸(如高锰·高铬陶瓷材料等)适合于制造耐磨板、阀门、轧辊等。
              4. 熔覆的工艺性:关于激光熔覆和等离子熔覆,有许多同行发表了很多文章,大部分都强调激光的优势,这也是大家所追求的目标。然而,多数是从微观角度用金相分析的方法评价激光的。但凡事都有其两面性,激光熔覆也有其劣势。在工艺方面就有许多限制,在生产实际中更需要高的操作技能,给许多客户造成困难。我认为主要是加热快,冷却快造成的熔覆层熔融时间过短造成光斑外缘和内缘差别大,组织形成不均匀,应力分配不匀,排气浮渣不充分,造成硬度不均,易形成气孔夹渣等问题,难以获得大面积完美的熔覆层,YAG激光尤其为甚。所以激光熔覆从选材到操作都应格外细致。等离子熔覆相对激光讲输入热量大,基体变形量比激光大。但其熔融充分,硬度分布均匀,排气浮渣彻底。材料选择范围广,易于操作,易获较为完好的整体熔覆层,成本低,效益好。因此在大面积,大厚度,熔覆方面有着明显优势。

               

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