一种同轴送粉制备无缺陷高硬激光熔覆层的方法技术

本发明专利技术公开了一种同轴送粉制备无缺陷高硬激光熔覆层的方法，涉及金属表面工程技术领域，包括还包括：清洗基材表面；通过火焰喷枪预热基材表面；将同轴送粉器放置于超声波振动台上，对其施加超声波振动；通过刚性支架使得超声波振动台与同轴送粉头相连，使其与超声波振动台具有同等频率，并保证同轴送粉头独立于激光头和加工机械手臂；激光扫描同轴送粉输送到位的合金粉末，得到熔覆层；对熔覆层进行着色探伤；磨削加工熔覆层。本发明专利技术有效提高合金粉末颗粒的动能，进而增加熔池液态金属的流动性，使得熔覆层组织分布更加均匀，采用本发明专利技术方法制得的高硬熔覆层无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。陷。

【技术实现步骤摘要】
一种同轴送粉制备无缺陷高硬激光熔覆层的方法


[0001]本专利技术涉及金属表面工程
，尤其是一种同轴送粉制备无缺陷高硬激光熔覆层的方法。

技术介绍

[0002]高硬度、高耐磨衬板是冶金、矿山和水泥行业用量最大的耗材之一，传统铸造高锰钢耐磨衬板往往由于磨损工况不具备产生冲击强化的特点，致使高锰钢衬板短期失效。通过激光熔覆方法，在合金结构钢表面制备高硬度、高耐磨衬板具有突出的优势，还可以实现再制造，极大降低了材料消耗和企业成本。激光熔覆可以在金属基材表面制得具有特殊性能的合金熔覆层，比如制备高硬度、高耐磨、耐腐蚀的熔覆层，使得金属基材表面具体特殊的物理、化学性能。激光熔覆最核心的工艺特点是热量集中、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,其特殊的加热和冷却过程,在熔池区域产生的组织结构也不同于其它工艺制备的熔覆层，具有晶粒细小，组织致密的特点。
[0003]但是，也正是由于激光熔覆技术本身极冷极热的特点，在制备高硬度熔覆层时，极易在熔覆层中产生裂纹、气孔等缺陷。如何提高高硬激光熔覆层的质量，是激光熔覆技术在冶金、矿山和水泥等汗液获得更广泛应用必须解决的关键问题之一。

技术实现思路

[0004]本专利技术需要解决的技术问题是提供一种同轴送粉制备无缺陷高硬激光熔覆层的方法，提高合金粉末颗粒的动能，进而增加熔池液态金属的流动性，使得熔覆层组织分布更加均匀，避免了制备高硬度熔覆层时容易出现的裂纹等缺陷。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]一种同轴送粉制备无缺陷高硬激光熔覆层的方法，包括以下步骤：
[0007](1)将基材待熔覆表面使用无水乙醇进行清洗；
[0008](2)通过火焰喷枪预热基材表面，预热温度为200～300℃；
[0009](3)通过压紧装置将同轴送粉器放置于超声波振动台上，对其施加超声波振动；
[0010](4)通过刚性支架使得超声波振动台与同轴送粉头相连，使其与超声波振动台具有同等频率；
[0011](5)通过激光扫描同轴送粉输送到位的合金粉末，得到熔覆层，熔覆层厚度1.8～2.0mm；
[0012](6)对熔覆层进行着色探伤，检查是否有裂纹气孔等缺陷；
[0013](7)对探伤检测合格的熔覆层进行磨削加工，磨削量为0.3～0.5mm。
[0014]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述熔覆合金材料的组分及各组分的重量百分含量为：C粉：0.95～1.00％，Si粉：0.2～0.3％，Mn粉：0.3～0.35％，Mo粉：4.75～5.05％，余量为Fe粉，所述组分均为纯度大于99％的粉末，粒径为：135～325目。
[0015]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述激光熔覆的工艺参数为：激光功率：3.5
～4.0KW，矩形光斑：2
×
14mm，搭接率：30～50％，扫描速度：400～600mm/min。
[0016]本专利技术技术方案的进一步改进在于：在所述步骤(3)中超声振动功率为2000～3000W。
[0017]本专利技术技术方案的进一步改进在于：在所述步骤(3)中同轴送粉头独立于激光头和加工机械手臂。
[0018]由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的技术进步是：
[0019]本专利技术有效提高了合金粉末颗粒的动能，进而增加熔池液态金属的流动性，使得熔覆层组织分布更加均匀，避免了制备高硬度熔覆层时容易出现的裂纹、气孔、夹杂等缺陷。本专利技术首先对基材进行200～300℃预热，减少了激光熔覆时由于合金粉末与基材热膨胀系数等不同而发生的熔覆层与基材变形不协调问题；
[0020]本专利技术提高同轴送粉所输送合金粉末颗粒的动能，特别对于熔覆高硬度涂层时，高硬度涂层是通过合金粉末中大量的Cr，Ni及Co或者Nb来提高硬度，所用合金粉末中的Cr，Ni及Co或者Nb等属于重金属，原子密度大，流动性差。通过本专利技术的方法，提高了合金粉末颗粒的动能，进而增加了熔覆时所形成熔池液态金属的流动性，防止局部出现熔液补充不到位而产生的夹杂、裂纹等缺陷，还可以使熔覆层合金组织分布更加均匀，避免了制备高硬度熔覆层时，容易出现的冶金偏析等而出现的组织裂纹等缺陷。
[0021]独立设置的送粉头带动其内部的合金粉末同频振动，进而增加粉末的动能，以便在熔覆时增加熔池各成分的充分搅拌，获得无缺陷高硬度熔覆层。独立设置的送粉头避免了把振动传递给激光头，防止了激光头和加工机械手臂的振动。
具体实施方式
[0022]下面结合实施例对本专利技术做进一步详细说明：
[0023]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，以下结合具体实施方式，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0024]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0025]一种同轴送粉制备无缺陷高硬激光熔覆层的方法，包括以下步骤：
[0026](1)将基材待熔覆表面使用无水乙醇进行清洗；
[0027](2)通过火焰喷枪预热基材表面，预热温度为200～300℃；
[0028](3)通过压紧装置将同轴送粉器放置于超声波振动台上，对其施加超声波振动，同轴送粉头独立于激光头和加工机械手臂，超声振动功率为2000～3000W；
[0029](4)通过刚性支架使得超声波振动台与同轴送粉头相连，使其与超声波振动台具有同等频率；
[0030](5)通过激光扫描同轴送粉输送到位的合金粉末，得到熔覆层，熔覆层厚度1.8～2.0mm；
[0031](6)对熔覆层进行着色探伤，检查是否有裂纹气孔等缺陷；
[0032](7)对探伤检测合格的熔覆层进行磨削加工，磨削量为0.3～0.5mm。
[0033]所述熔覆合金材料的组分及各组分的重量百分含量为：C粉：0.95～1.00％，Si粉：0.2～0.3％，Mn粉：0.3～0.35％，Mo粉：4.75～5.05％，余量为Fe粉，所述组分均为纯度大于99％的粉末，粒径为：135～325目。
[0034]所述激光熔覆的工艺参数为：激光功率：3.5～4.0KW，矩形光斑：2
×
14mm，搭接率：30～50％，扫描速度：400～600mm/min。
[0035]本专利技术使用的设备中的送粉头是独立设置的，通过超声振动台发出的超声波带动与其刚性连接的同轴送粉头振动，由于送粉器也放置于超声波振动台上，送粉器也将同频振动，这必然带动其内部的合金粉末同频振动，进而增加粉末的动能，以便在熔覆时增加熔池各成分的充分搅拌，获得无缺陷高硬度熔覆层。送粉头与激光头和加工机械手本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同轴送粉制备无缺陷高硬激光熔覆层的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将基材待熔覆表面使用无水乙醇进行清洗；（2）通过火焰喷枪预热基材表面，预热温度为200～300℃；（3）通过压紧装置将同轴送粉器放置于超声波振动台上，对其施加超声波振动；（4）通过刚性支架使得超声波振动台与同轴送粉头相连，使其与超声波振动台具有同等频率；（5）通过激光扫描同轴送粉输送到位的合金粉末，得到熔覆层，熔覆层厚度1.8～2.0mm；（6）对熔覆层进行着色探伤，检查是否有裂纹气孔等缺陷；（7）对探伤检测合格的熔覆层进行磨削加工，磨削量为0.3～0.5mm。2.根据权利要求1所述的一种同轴送粉制备无缺陷高硬激光熔覆层的方法，其特征在于：所述熔覆合金材料的组分及各组分的重量百分含量为：C粉：0.95～1.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：琚伟琳，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：