高速激光熔覆是提高熔覆工作效率的最佳途徑

高速激光熔覆是提高熔覆工作效率的最佳途徑

激光熔覆已被廣泛用于金屬表面的修復改性，但傳統激光熔覆工作效率較低（比如4000W半導體激光器的正常熔覆效率為0.25m²/h），不能滿足大規模的生產加工需求。為了提高熔覆工作效率，人們不得不不斷地提高激光器的功率，使用了6000W、8000W甚至10000W的激光器。值得注意的是，增大激光器的功率，一般情況下，并不能同比例地提高熔覆線速度，只能靠增大聚焦光斑尺寸來提高熔覆效率，比如將2×12的聚焦光斑增大為2×20或2×30的聚焦光斑。實際的應用表明，單純靠增大激光器的功率來提高熔覆效率的結果并不理想，如下圖所示。

從圖1的數據可以看出，6kW激光器每小時的熔覆面積為0.5m²，比4kW激光器每小時熔覆面積增加0.25 m²， 但8kW激光器比6kW激光器每小時熔覆面積僅增加0.15 m²，10kW激光器比8kW激光器每小時熔覆面積僅增加0.10 m²。隨著功率的增大，效率增加效應遞減。因此，靠增加激光器的功率來提高工作效率的做法，不是一個有效、經濟的做法。而且，激光器功率的不斷提高，會引起其他副作用。比如，隨著激光功率的增加，基體的熱輸入量增大，基體表面溫度升高，基體變形和熔覆層開裂現象會加劇。另外，增大功率，會增加熔覆層深度，稀釋率也會因此增大，所以必須增大熔覆層厚度，造成熔覆材料的浪費。 

為了提高激光熔覆的工作效率，必須另辟它徑，尋求更有效、更先進的技術。這一技術便是：高速激光熔覆。高速激光熔覆通過改變激光與金屬粉末的作用過程，使得金屬粉末在到達熔池之前充分吸收激光能量（普通熔覆時基體和粉末對激光能量的吸收比例分別為80%和20%，高速熔覆時基體和粉末對激光能量的吸收比例分別為20%和80%）。 通過對激光能量吸收比例的改變，使得熔覆的線速度達到了幾十米每分鐘，極大地提高了熔覆工作效率。另外由于高速熔覆的搭接率高達70%-80%(普通熔覆的搭接率為30%-50%)，一方面，使得高速激光熔覆的稀釋率極低（約為1%左右），而普通熔覆的稀釋率為5%-15%。另一方面，使得熔覆層表面非常平整，達到了熱噴涂相同的效果，如下圖所示：

圖2. 中科中美高速激光熔覆層表面粗糙度達到噴涂效果

西安中科中美是我國首家推出高速熔覆激光器設備的高科技公司。其推出的系列高速熔覆激光器已被國內多家客戶使用。根據客戶的反饋數據，中科中美的4000W高速熔覆激光器的具體工作參數及特點如下：

1. 熔覆速度：在熔覆厚度0.2-0.5mm時，熔覆效率每小時0.7-1.2平方米；

2. 熔覆厚度：根據需求，可實現熔覆厚度0.2~1.2mm；

3. 熔覆表面：熔覆表面平整，達到熱噴涂的效果；

4. 稀釋率：~1%左右；

5. 結合強度：冶金結合，結合強度可高達360MPa；

6. 可用于高熔點、高硬度粉末的熔覆；

7. 可用于銅、鋁等有色金屬的熔覆。

理論與客戶的實際應用表明，采用高速激光熔覆是提高熔覆工作效率的最佳途徑！