激光熔覆在模具修复中的应用讲解
浅谈激光表面熔覆技术
激光表面熔覆技术用于制备高强度、耐磨、耐腐蚀的金属材料。 通过激光熔覆技术制备出具有优异性能的非金属材料如陶瓷、玻璃等。 激光表面熔覆技术应用于制备复合材料实现多种材料的结合提高材料的综合性能。 激光表面熔覆技术制备的材料在航空航天、汽车、能源等领域得到广泛应用。
,
汇报人：
CONTENTS
PRT ONE
PRT TWO
激光表面熔覆技 术是一种利用高 能激光束将合金 粉末熔覆在基材 表面形成具有优 异性能的涂层的 工艺方法。
激光表面熔覆技术 通过快速熔化和凝 固过程使合金粉末 与基材表面形成冶 金结合具有较高的 结合强度和耐腐蚀 性。
激光表面熔覆技术 可以应用于各种金 属材料和复合材料 的表面改性提高材 料的耐磨性、耐腐 蚀性和高温性能等 方面的性能。
汇报人：
在汽车制造领域激光表面熔覆技术可以用于发动机缸体、曲轴等关键部件的表面强化提高其 耐磨性和耐久性。
激光表面熔覆技术在金属表面修复方面的应用能够快速、高效地修复损坏的零件提高其使用 寿命。
通过激光表面熔覆技术可以在零件表面添加耐磨、耐腐蚀等性能提高其表面质量延长使用寿 命。
在汽车制造领域激光表面熔覆技术可用于发动机缸体、曲轴等关键零件的表面强化提高其耐 磨性和耐久性。
促进工业创新：激光表面熔覆技术的出现为工业制造提供了新的解决方案有助于推动工业创 新。
提升产品质量：激光表面熔覆技术能够实现高精度、高质量的表面熔覆高能源利用效率促进能源转 型
推动相关产业的发展创造更多 就业机会
提升社会经济效益促进社会可 持续发展
送粉速度：控制熔覆层的填充 程度和高度
激光熔覆修复技术在40Cr轴类零件现场修复中的应用
表3 不同激光工艺参数的金相组织
扫描速度 /mm·s-1
激光功率 /kW
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
2
4
6
8
热加工
39 2021年 第6期
焊接与切割
Welding & Cutting
d
b c
a）多层修复整体形貌 b）修复区底部与基体结合区形貌
图3 单因素试验熔覆深度、熔覆宽度和热影响区统计结果
2 试验设计
2.1 试验材料 试验用的基体材料为风机主轴40Cr钢，试验
前，将试样表面的油、锈和氧化物除去。采用的 Ni60A粉末颗粒直径为53~150μm，在扫描电子显微 镜（SEM）下，发现粉末形状为规则的球体，球状 粉末具有良好的流动性，如图1所示。基体与粉末材 料的主要化学成分见表1。
热加工
合金堆焊层的组织结构、硬度和耐蚀性能，结果表 明，Ni60堆焊层硬度约为500HV，明显高于基体。 李金华等[13]采用正交试验法研究了激光熔覆过程中 相对工艺参数对Ni60合金粉末组织和显微硬度的影 响，结果表明，不同工艺参数下熔覆层的显微硬度 差异不大，主要集中在680～720HV，而熔覆层的高 度波动较大。
组
序号
1-1
1-2
1
1-3
1-4
1-5
2-1
2-2
2
2-3
2-4
2-5
功率 /kW 0.8
1 1.2 1.4 1.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
扫描速度 /mm·s-1 2 2 2 2 2 4 4 4 4 4
图2 激光修复试验系统
表2 修复工艺参数
送粉率 /r·min-1
模具的激光修复简介(1)
模具的激光修复简介摘要:利用激光熔敷合金粉末的方法对模具进展了修复。
研究了工艺参数对熔敷效果的影响，并对其修复过程进展了分析。
结果说明，预处理、送粉量、激光的扫描速度是决定模具修复质量的关键。
通过优化工艺参数、机体预热的方法可以提高模具修复质量。
关键词:激光熔敷;模具;工艺参数;修复质量模具使用寿命取决于抗磨损和抗机械损伤能力，一旦磨损过度或机械损伤，须经修复才能恢复使用。
目前可采用的修复技术有电镀、电弧或火焰堆焊、热喷涂(火焰、等离子)等。
电镀层一般很薄，不超过0.3mm，而且与基体结合差，形状损坏部位难于修复，在堆焊、热喷涂或喷焊时，热量注入大，能量不集中，模具热影响区大，易畸变甚至开裂，喷涂层稀释率大，降低了基体和材料的性能。
利用激光熔覆的方法可实现对模具的修复。
用高功率激光束以恒定功率P与热粉流同时入射到模具外表上，一局部入射光被反射，一局部光被吸收，瞬时被吸收的能量超过临界值后，金属熔化产生熔池，然后快速凝固形成冶金结合的覆层，如图1所示。
图中α为熔覆层宽度、h为熔覆厚度、hm为熔化深度、α为接触角。
激光束根据CAD二次开发的应用程序给定的路线，来回扫描逐线逐层地修复模具。
由于激光束的高能密度所产生的近似绝热的快速加热，对基体的热影响较小，引起的畸变可以忽略，特别是经过修复后的模具几乎不需再加工。
1 激光修复系统激光修复技术是集高功率激光、计算机、数控机床、CAD/ CAM、先进材料、数控技术等多学科的应用技术。
修复系统主要由硬件设备和制造过程软件组成。
硬件设备包括激光器、数控系统与工作台、送粉装置、光路系统、水冷装置、保护气系统和在线控制所涉与的数据采集装置。
软件系统包括制造零件成型软件擞据通讯和在线控制软件。
激光修复过程如图2所示。
CO2激光器发出的激光经C数控机床Z轴(垂直工作台)反射镜后，进入三维光束成形聚焦组合镜，再进入同轴送粉工作头，组合镜和工作头都固定在机床Z轴上，由数控系统统一控制。
激光熔覆技术在汽车冲压模具修复上的应用
必须计算好熔覆区域的搭接比例。
一汽模具制造有限公司引进的德国阿诺德 5 轴激
光设备，配备两个机床头，具备两种功能，分别为淬火
和熔覆，设备如图 1 所示。设备的基本结构为 5 轴联
动数控加工系统，由半导体激光器、传输光纤、激光加
工头、移动式工作台、整机电气控制系统、烟尘吸收及
净化装置、CAM 编程软件、负压式送粉器以及激光安
全防护系统等组成，激光源为 Laserline 的二极管半导
体激光器，输出功率 4,000W，具有独立的人机交互界
面，水-水冷却器及加工传输光纤，配备 IWS 开发的激
光功率监测和控制软件。激光熔覆头为德国
IWS-COAX 系列的 COAX12，光学加工头上配备激光
熔敷头。熔覆头技术参数同送粉器、激光器参数匹
来完成，根据加工数据 offset 料厚和提取工件的干涉
面便于计算出的程序轨迹模拟仿真。对已导入 Dcam
的加工数据进行加工中心、对照面等基准信息核对。
其 次 ，进 行 编 程 中 心 设 立 。 激 光 光 束 为 直 径
图 1 德国阿诺德激光设备
《模具制造》2023 年第 3 期
ϕ4mm 左右圆光斑，用此来确立中心孔的孔心，因此在
轨迹（tool path）等。基本思路是根据要加工的曲面形
床运动过程中过多的分布点会产生停顿，同步喷粉会
件中坐标系区域，通过设置不同的坐标系来加工各个
thinning 功能，在不改变运动轨迹的前提下，减少点的
状来建立矢量曲线，由此生成刀路轨迹。Frames 是软
区域的工件部分。图 3 所示为 Layer 和 Frames 的框架，
overlaying.By optimizing the claddig process,the repair of the work area of drawig die with a
浅述激光熔覆技术的应用
浅述激光熔覆技术的应用【摘要】激光熔覆技术是一种先进的表面修复和涂覆技术，应用广泛。
在汽车制造领域，激光熔覆技术可以提高汽车零部件的耐磨耐蚀性能；在航空航天领域，可以用于修复和加固飞机引擎零部件；在能源装备领域，可用于延长发电设备的使用寿命；在模具制造领域，可以提高模具的耐磨性和使用寿命；在机械制造领域，可以提高机械零部件的表面硬度。
激光熔覆技术的应用为各个领域带来了更高的效率和更长的使用寿命，并且随着技术的不断发展，其应用领域还将继续扩大。
激光熔覆技术的发展前景十分广阔，为各行业的发展带来了新的机遇和挑战。
【关键词】激光熔覆技术, 应用领域, 汽车制造, 航空航天, 能源装备, 模具制造, 机械制造, 发展前景1. 引言1.1 激光熔覆技术简介激光熔覆技术是一种通过激光束熔化表面材料并与基体材料相融合的先进表面处理技术。
它可以在不改变工件整体性能的情况下，通过在表面形成具有良好性能的合金层或涂层来提高工件的耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度。
激光熔覆技术具有热影响区小、熔覆层与基体结合强度高、成形能力强等优点，因此在各个行业得到广泛应用。
激光熔覆技术的基本过程包括准备基体表面、激光预热、激光熔覆合金粉末等步骤。
通过控制激光功率、扫描速度和熔覆层厚度等参数，可以实现对熔覆层性能的调控，从而满足不同工件的需求。
随着激光技术的发展和应用领域的不断扩大，激光熔覆技术在汽车制造、航空航天、能源装备、模具制造和机械制造等领域都有重要应用，为各行各业提供了高效、精密的表面处理解决方案。
随着材料科学、激光技术和工程技术的进步，激光熔覆技术的发展前景将更加广阔。
2. 正文2.1 汽车制造领域的应用激光熔覆技术在汽车制造领域的应用广泛而重要。
通过激光熔覆技术，汽车制造商可以实现高精度、高效率和高质量的零件制造。
这对于汽车行业来说至关重要，因为汽车零件的质量直接影响到汽车的性能和安全性。
在汽车制造中，激光熔覆技术可以用于修复受损零件、增强零件表面硬度和耐磨性、提高零件的耐蚀性能等。
激光熔覆技术的原理和应用
激光熔覆技术的原理和应用1. 激光熔覆技术的简介激光熔覆技术是一种常用于金属表面改性和复合材料制备的先进加工技术。
它利用高能激光束对工件表面进行局部熔化，使金属或合金液态化并与基材相互混合，形成一层高质量的涂层。
激光熔覆技术具有熔化速度快、固化快、热影响区小、涂层与基材结合强等优点，因而在航空航天、汽车制造、能源装备等领域得到广泛应用。
2. 激光熔覆技术的原理激光熔覆技术的实质是利用高能激光束对工件表面进行局部加热，使其达到熔点，然后进行快速冷却，使其凝固成为一层均匀致密的涂层。
其原理主要包括以下几个方面：2.1 激光加热高能激光束在与工件表面接触时，光能转化为热能，使工件局部区域温度升高。
激光加热具有高度集中的特点，可以实现对工件表面的高温局部加热，而对其他区域几乎没有热影响。
2.2 金属熔化通过激光加热，金属或合金在达到熔点的条件下发生熔化。
激光熔化的特点是熔池温度高、熔池容积小、凝固速度快。
这使得熔化的金属能够在非常短的时间内冷却并固化，形成一层均匀致密的涂层。
2.3 冷却和凝固金属熔池在短时间内冷却并凝固形成固体涂层。
冷却速度的快慢直接影响涂层的组织结构和性能。
激光熔覆技术的快速冷却速度可以避免大晶粒的形成，并在晶界处形成细小的析出相，提高涂层的强度和硬度。
3. 激光熔覆技术的应用激光熔覆技术在多个领域有着广泛的应用，下面列举了其中一些典型的应用：3.1 表面修复和修饰通过激光熔覆技术可以对损坏的金属零件进行修复和修饰。
激光熔覆可以填充表面缺陷、修复裂纹，提高零件的使用寿命和性能。
3.2 硬质合金涂层制备激光熔覆技术可以在金属基材表面涂覆硬质合金材料，提高金属零件的耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳性。
硬质合金涂层广泛应用于机械零件、切削工具等领域。
3.3 功能性涂层制备通过激光熔覆技术可以在金属基材表面制备各种功能性涂层，如热障涂层、阻尼涂层、导电涂层等。
这些涂层可以为金属零件赋予新的性能和功能，拓展其应用范围。
《激光熔覆修复模具技术工艺规范》
《激光熔覆修复模具技术工艺规范》激光熔覆修复模具技术是一个工艺流程系统。
首先，应根据制品的服役条件或失效分析，确定对涂层的性能要求，据以选择恰当的熔覆合金材料和工艺。
然后、实施激光熔覆工序施工，包括:基体的表面预处理，激光熔覆工艺及精加工，熔覆层质量检验。
每道工序都必须严格按操作规程进行，检验合格，方能进行下一道工序。
一熔覆层系统设计1.1 确定对熔覆层的功能尺寸要求应确切了解欲激光熔覆模具的服役条件，或制品在使用过程中的失效原因，确定对熔覆层的功能尺寸要求。
1.2熔覆层材料的选择只有熟悉并掌握丰富、全面的材料科学知识，才能做到正确合理地进行熔覆层系统设计，选择熔覆层材料。
有关这方面的资料，可参考“机械制造工艺材料技术手册”第九篇“热喷涂材料技术手册”(机械工业出版社，1993，第一版)。
1.3 激光熔覆工艺选择激光熔覆工艺的确定，应根据熔覆层材料的熔点、热导率、耐热震性及熔覆层与模具基体的结合强度要求，结合生产效率、成本等综合考虑。
二激光熔覆修复模具的基本程序激光熔覆修复模具操作基本程序如下表：三激光熔覆修复工艺正确的激光熔覆工艺参数。
应使被熔覆的合金粉末均匀熔覆到经预处理的基体表面上，形成优质涂层。
激光熔覆修复工艺参数的选择对激光熔覆修复过程、熔覆修复件的综合性能有着直接的重要影响。
激光熔覆层的质量除了受熔覆材料和基体材料的熔点、导热系数、热膨胀系数、密度等物理性质和相互之间的化学匹配性制约之外，主要取决于激光参数(输出功率、光斑形状和尺寸、光束输出模式)和工艺参数(扫描速度、预置粉层厚度、搭结率、预热温度及保护气体等)。
3.1 基材熔覆表面预处理表面预处理是为了除掉基材熔覆部位的污垢和锈蚀，使其表面状态满足后续的前置熔覆材料或者同步供料熔覆的要求，主要包括喷涂表面的预处理和非喷涂表面的预处理。
①喷涂表面的预处理。
基材表面常用火焰喷涂或者等离子喷涂，因此需要进行去油和喷砂处理。
去油一般用加热法，即基材表面加热到300-450℃左右去油;也可用清洗剂去油，常用的清洗剂包括碱液、三氯乙烯、二氯乙烯等。
机床大讲堂第39讲——基于激光熔覆技术的铝合金模具修复研究
机床大讲堂第39讲——基于激光熔覆技术的铝合金模具修复研究基于激光熔覆技术的铝合金模具修复研究导读选用铁基金属粉末，采用同轴送粉光纤激光熔覆工艺对铝合金注塑模具磨破损区域进行了修复，并对其进行了机械性能测试与分析。
结果表明：同轴送粉光纤激光熔覆技术能够实现铝合金模具的成功修复，在合理工艺参数下铁基金属粉末和铝合金基体之间形成了良好的冶金结合，表面硬度得到很大提高。
随着现代科技的飞速发展，各种新技术新方法在模具修复中得到广泛推广和应用，其中常用的有堆焊修复技术、热喷涂和热喷焊修复技术、电刷镀修复技术和电火花修复技术。
近年来，在国内外又兴起了一种新的零件修复技术即激光熔覆。
该技术通常采用预置粉末或同步送粉方式在基体修复区表面加入金属粉末，利用高能激光束瞬间将基体表面微熔，同时使其表面的金属粉末(与基体材质相同或相近)全部熔化，激光撤去后快速凝固，获得与基体呈冶金结合的致密熔覆层，使零件表面恢复几何外形尺寸，并使表面熔覆层强化。
模具激光熔覆修复技术解决了电弧堆焊、氩弧堆焊、等离子弧堆焊等传统修复方法无法解决的工艺过程热应力和热变形大的难题。
本文对铝合金模具激光熔覆修复技术进行了试验研究，研究结果为该技术的工程应用提供了一定的理论和技术支持。
1试验装置和原理基于激光熔覆技术的模具破损区修复是在图1所示的多功能激光加工中心上进行的，主要由IPG光纤激光器(型号YLR-3000)、6轴KUKA机器人(型号KR30)、PERCITEC YC52熔覆头和FHPF-10同轴送粉器等组成。
通过西门子PLC系统利用良好的人机界面集中控制激光发射、机器人运动、送粉和保护气开关等。
同轴送粉器将四路粉末汇聚一点，送入激光束内，粉末被加热至熔化状态，并在基体或前一熔覆层上凝固，与其形成冶金结合。
一层熔覆完毕后，激光头上升一定的高度(对应熔覆层的厚度)，以保持激光光斑大小不变，继续进行后一层的熔覆修复。
经过多次循环，即可修复好已磨损的金属模具。
激光熔覆纳米涂层及其在模具修复中的应用
激光熔覆纳米涂层及其在模具修复中的应用发表时间：2020-06-03T08:26:49.192Z 来源：《建设者》2020年6期作者：张加根[导读] 必须要对此进行深入研究，才能够更好的利用激光熔覆技术，实现模具寿命的延长。
广东鸿图南通压铸有限公司摘要：在铸造生产中，模具在高温高压的环境中循环使用会出现各种各样的问题造成失效，为了提升模具的使用寿命，需要对模具进行修复，近年来激光熔覆纳米涂层技术通过对模具表面进行性能改进得到了广泛的应用。
本文简要介绍了其在模具修复领域的应用。
指出激光熔覆适合对各类模具进行表面修复，并且通过熔覆制备适宜的纳米涂层进而有效提高修复后模具的表面性能。
简单介绍了其存在的问题和今后研究的方向。
关键词：激光熔覆；纳米涂层；模具修复；应用分析1激光熔覆技术作为一种新型模具修复技术，激光熔覆技术是在激光束的作用下，熔化合金粉末，随后将光束移开让粉末与冷却后与基体材料结合生成涂层，但对于基体表面起到强化作用，能够增强表面的抗磨损和抗腐蚀性能。
以 45# 钢为例，对其模具表面进行激光熔覆技术，采用的材料是镍基纳米Al2O3，极大地提升了模具表面的耐磨性；此外针对 Q235 钢的基体表面进行修复，采用CO2 激光熔覆技术，在该基体表面配置金属陶瓷粉末，经过激光处理形成金属陶瓷熔覆层，其硬度高达800HV。
如图 1 所示，为激光熔覆技术的应用。
图 1 激光熔覆技术本质上来讲，激光熔覆技术具有很高的经济效益，其操作简单，通过激光在基体表层进行涂层，并且对基体材料性能的影响非常微弱。
高性能的涂层能够有效改善某些零件的使用性能，另外激光熔覆技术也可以方便地应用到金属材料的表面修复中。
对金属表面的磨损、划痕、裂纹等缺陷可以采用激光熔覆的方法，在基体上“长肉”，补全磨损量、缺陷，覆盖划痕、弥合裂纹等，随后再进行加工，最终获取到符合要求的制件。
这些特点使其在材料表面进行性能提升改造，对于模具的修复与制造都有广泛应用。
浅述激光熔覆技术的应用
浅述激光熔覆技术的应用激光熔覆技术是一种先进的表面修复技术，利用高能激光束加热被修复表面，使表面材料熔化，并与基底材料紧密结合，形成一层均匀、致密、耐磨的涂层，来实现对材料表面的修补、增硬、耐磨等目的。
激光熔覆技术的应用非常广泛，不仅可以用于工业制造中的零部件修复和表面改性，还可以用于航空航天、汽车制造、船舶制造、模具制造、石油化工、机械制造、电力设备、轨道交通等领域。
这项技术已经成为现代制造业中不可或缺的重要工具之一。
激光熔覆技术在工业制造中的应用非常广泛。
在工业制造中，由于零部件长时间的工作及受力，会导致表面磨损、腐蚀、疲劳等问题，这些问题都会影响零部件的使用寿命和性能。
激光熔覆技术可以通过在受损表面加热的方式，将一种或多种合金材料熔化喷射到受损表面上，形成一层新的耐磨、耐腐蚀、高温抗疲劳的涂层，从而修复受损表面，延长零部件的使用寿命。
这项技术在风电、煤炭、冶金、机械等行业得到广泛应用。
激光熔覆技术在航空航天领域的应用也非常重要。
航空航天领域对零部件的耐磨性、耐腐蚀性、高温性能要求非常高，尤其是在涡轮机、喷气发动机等部件上，需要具有优异的耐高温性能。
激光熔覆技术可以在航空航天领域中对零部件进行表面修复和功能涂层加工，使得零部件具有良好的耐磨、耐蚀、耐高温等性能，同时也可以提高零部件的使用寿命和安全性。
激光熔覆技术还在汽车制造领域得到广泛应用。
汽车零部件在长时间的工作中会产生磨损、疲劳等问题，而这些问题会直接影响汽车的性能和安全。
激光熔覆技术可以对汽车发动机缸套、曲轴、凸轮轴等关键零部件进行表面修复和增硬处理，提高零部件的耐磨性、耐蚀性和疲劳性能，延长零部件的使用寿命，提高汽车的可靠性和安全性。
激光熔覆技术也在新材料领域得到了广泛应用。
近年来，随着新材料技术的不断发展，复合材料、金属基复合材料等新型材料的应用越来越广泛。
激光熔覆技术可以对这些新材料进行表面处理，提高其表面的性能，使其具有更广泛的应用前景。
激光熔覆课件
稀释效应是指由于基体材料的熔化，使得熔覆层的成分和组织发生变化的现象。稀释效应对熔覆层的性能有重要 影响。
熔覆层组织与性能
组织
激光熔覆层的组织主要由熔化的基体材料和熔覆材料组成，其组织结构取决于熔覆工艺 参数和熔覆材料成分。
性能
激光熔覆层的性能主要取决于其成分、组织和热处理状态。常见的性能指标包括硬度、 耐磨性、耐腐蚀性和高温性能等。
激光熔覆技术用于修复受损的模具钢，通过 熔覆高熔点合金粉末，使模具表面获得优良 的耐磨、耐热和耐腐蚀性能，显著提高了模 具的使用寿命。
案例二：激光熔覆制备耐磨涂层
总结词
高耐磨性，延长设备寿命
详细描述
利用激光熔覆技术在设备表面制备耐磨涂层，如合金 钢、不锈钢等材料表面熔覆硬质合金粉末，显著提高 了设备的耐磨性能，延长了设备使用寿命。
熔覆层与基体结合强度
影响因素
影响熔覆层与基体结合强度的因素主要 包括基体表面的处理状态、熔覆材料的 成分和熔覆工艺参数等。
VS
结合强度
结合强度是指熔覆层与基体材料之间的粘 附力，是评价激光熔覆层质量的重要指标 之一。
06
激光熔覆案例分析
案例一：激光熔覆修复模具钢
总结词
修复效果好，提高使用寿命
详细描述
粉末或丝材的粒度和纯度对熔覆层的组织和性能有重要影响，需要 选用合适粒度和纯度的粉末或丝材。
粉末或丝材的流量与稳定性
粉末或丝材的流量和稳定性对熔覆层的厚度和均匀性有重要影响， 需要保证粉末或丝材的稳定供给。
加工头与光路系统
加工头的结构与功能
加工头的冷却与保护
加工头是实现激光熔覆加工的核心部 件，其结构与功能对熔覆层的表面质 量和加工效率有重要影响。
激光熔覆技术在模具行业的应用
激光熔覆技术在模具行业的应用
模具的失效事实上均因其表层局部材料磨损等原因而报废，而且金属模具的加工周期长、加工费用高。
模具使用寿命取决于抗磨损和抗机械损伤能力，一旦磨损过度或机械损伤，须经修复才能恢复使用。
下面介绍激光熔覆技术在模具行业的应用。
激光熔覆进行模具维修，由于激光束的高能量密度所产生的近似绝热的快速加入，对基体的热影响较小，引起的畸变可以忽略。
瑞丰光电激光专注十六年的研发技术和生产，凭借多年的激光设备研发经验，产品技术成熟，产品性能安全稳定。
公司遵循“技术创新、产品创新、服务创新”的经营理念，给客户提供最优质的产品及服务。
利用激光熔覆的方法实现对模具的修复。
用高功率CO2激光束以恒定功率与金属粉流同时入射到模具表面上，金属熔化产生熔池，然后快速凝固形成冶金结合的覆层。
此方法一般采用大功率CO2激光器作为热源，适用于体积较大、磨损面积较大的模具修复，以及象钢铁轧辊一类的大型工件的修复。
激光沉积焊接模具修复采用中小功率脉冲Nd:YAG激光器，模具的缺陷用激光束和丝状填充材料来填补。
激光束使焊丝和工件的表面同时熔化，所需沉积物的高度是通过多层焊接的方法来达到的；焊接完毕，模具布局再加工成最终尺寸。
此方法适用于体积较小的精密模具。
以上就是激光熔覆技术在模具行业的应用，模具的使用寿命决定了许多设备的生产率和产品成本。
研究表明，激光熔覆处理可以改善模具钢的表面硬度、耐磨性、高温硬度、抗热疲劳等性能，从而不同程度上提高了模具的使用寿命。
激光焊接技术在模具修复与维护的应用
激光焊接技术在模具修复与维护的应用模具制造随着工业技术的飞速发展而不断扩展，已在现代制造加工业特别是精密制造领域中获得广泛的应用，能有效地提高材料的利用率和延长产品的使用寿命。
随着压铸行业的飞速发展，对压铸模具的综合力学性能及使用寿命等提出更高要求，同时由于压铸模具的成本较高，模具在长期使用条件下由于高速、高压、冷热交替或交变载荷的工作环境引起模具表面或内部出现腐蚀、磨损或裂纹导致模具性能下降，甚至会导致模具失效。
模具的制造涉及材质的选择、复杂的精密加工和相关的热处理制度，其制造成本高且周期长。
因此，为避免模具由于出现裂纹或磨损等失效形式而影响生产，而采用模具修补焊接技术，该技术是一种解决模具表面失效的直接而有效的方法。
激光熔焊技术作为一种高功率密度、能量集中、对焊材损失小，且便于实现自动化的高效精密焊接，可实现大熔深、低残余应力与变形的构件焊接，因此激光修补模具焊接技术由于其成本低、周期短、修复效果好而成为一项常用的模具修补焊接技术，克服了冷焊和氩弧焊在修复模具精细表面上存在的不足。
1 试验条件与设备1.1 试验条件研究对象为有裂纹的发动机缸体压铸模具。
模具材质为A-MAX钢，采用真空电渣重熔工艺精炼，淬透性好，使用寿命为SKD61钢的3-5倍，裂纹深度比SKD61钢浅40%。
该钢具有优异的抗龟裂性能、高温韧性、高温强度、耐火性能和耐高温强度的性能，用于各类大型、复杂的压铸模具。
模具几何尺寸为200mm120mm10mm ，化学成分见表１。
试验过程中，采用丙酮或无水乙醇代替工业清洁剂用于焊前的表面清洁，要反复清洗，才能满足焊接要求，因为清洗不彻底或二次污染带来的问题最终会导致修复质量大大降低。
1.2 试验设备激光熔焊设备采用SLC数控激光多功能加工机，功率为5KW，波长为10.6m，最小光斑直径为0.12mm，焊接速度为1m/min，保护气体为氩气。
1.3 测试方法。
浅述激光熔覆技术的应用
浅述激光熔覆技术的应用激光熔覆技术是一种先进的现代焊接加工技术，它可以在高温环境下把熔化金属添加物粉末喷射到工件表面，以形成涂层。
这种技术的应用非常广泛，可以分为以下几个方面。
1. 金属材料表面修复与强化激光熔覆技术可以用于金属材料表面的修复和强化。
例如，对于经常暴露在摩擦、磨损和腐蚀等环境下的零件，通过激光熔覆技术，可以在其表面形成一层具有耐磨、耐腐蚀等优异性能的涂层，从而延长零件的使用寿命。
2. 模具修复模具在使用过程中经常会遭受损坏，而激光熔覆技术可用于修复模具，并增加其使用寿命。
使用激光熔覆技术进行模具修复，可以在原有模具表面上形成一层新的、具有更好性能的涂层，这样可以使模具更加耐磨、耐腐蚀等。
3. 航空航天领域激光熔覆技术在航空航天领域有着广泛的应用。
在飞机发动机叶片等部件的制造中，激光熔覆技术可以提高零件的耐热性能，降低重量，提高效率。
此外，激光熔覆技术也可以在航空航天领域中用于制造高性能的陶瓷涂层、高温合金涂层和金属陶瓷复合涂层等材料。
4. 能源行业能源行业是激光熔覆技术的重要应用领域。
激光熔覆技术可以用于制造燃气轮机等设备的高温合金涂层，并提高其使用寿命和效率。
此外，激光熔覆技术还可以用于制造太阳能电池、半导体材料、高温电焊头等材料。
5. 医疗器械激光熔覆技术在医疗器械领域也有着广泛的应用。
例如，可以用激光熔覆技术提高人工心脏瓣膜的耐磨性；还可以用于制造人工关节、人工骨头等医疗材料。
总之，激光熔覆技术的应用非常广泛，其在材料制备、生产加工、机械制造、医疗器械等领域都有着重要的应用价值。
随着技术的不断发展，它也将在更多领域得到应用。
激光熔覆修复技术应用介绍
激光熔覆修复技术应用介绍随着现代科学技术和工业不断发展，对零部件工作的环境也越来越趋于复杂化，表面性能的要求越来越高，因此零件报废率大大增多。
通常因为表面失效而报废的零件有：转子叶片、轴类零件、齿轮类零件、模具等。
在零部件整体性能满足工况的条件下仅是表面损伤的零部件都是可以修复。
如果能对因误加工或服役损伤而致使报废的零件进行修复，不仅能够挽回巨大的经济和时间损失，还可以提高资源的利用率，符合我国可持续发展的战略。
零部件修复的方法可采用激光熔覆修复，它是根据工件的工况要求，激光熔覆各种设计成分的金属，制备耐热、耐蚀、耐磨、抗氧化、抗疲劳或具有光、电、磁特性的表面修覆层。
激光熔覆修复是一种快速冷却的过程，熔覆过程中对修复工件的热输入量少，热影响区小，熔覆层组织细小，易于实现自动化等，因此使用激光熔覆的方法来修复转子等零部件比其它的方法具有更大的优势。
激光熔覆技术解决了传统电焊、氩弧焊等热加工过程中不可避免的热变形、热疲劳损伤等一系列技术难题，同时也解决了传统电镀、喷涂等冷加工过程中覆层与基体结合强度差的矛盾，这就为表面修复提供了一个很好的途径。
转子叶片的修复转子叶片又称动叶，是随同转子高速旋转的叶片，通过叶片的高速旋转实现气流与转子间的能量转换。
转子叶片承受很大的质量惯性力、较大的气动力和振动载荷，还要承受环境介质的腐蚀与氧化，以及高速运行微小粒子的冲蚀，但加工比较困难，涡轮转子叶片还要在高温状态下工作。
转子叶片是直接影响发动机性能、可靠性和寿命的关键零件，并且其工作条件十分恶劣容易损坏，所以对材料性能的要求也大大的提高，同时提高了材料的经济成本，也为其做修复带来广阔的市场。
激光熔覆工艺在转子叶片上的应用已经的到了很好的研究，这也为其在修复方面的应用提供了有利的前提。
轴类零件的修复通常轴类零件主要失效的原因有轴变形、轴断裂、轴表面失效。
研究表明，发电机转轴、各种传动轴等轴类零件的破坏主要是以磨损为主的。
浅述激光熔覆技术的应用
浅述激光熔覆技术的应用激光熔覆技术是一种利用激光束将添加材料熔化并覆盖在基体表面上的表面改性技术。
随着科技的不断发展，激光熔覆技术在工业生产中得到了广泛的应用，它具有高效、精密、绿色环保等特点，可以大幅提高材料的表面性能和使用寿命。
本文将从概念、原理、应用以及前景等方面对激光熔覆技术的应用进行浅述。
一、概念及原理激光熔覆技术是一种利用激光束对金属或非金属添加材料进行快速局部熔化，并在基体表面上形成一层覆盖层的先进表面修复技术。
通俗来说，就是利用激光束将添加材料熔化，喷射到被修复的基体表面上，与基体表面熔合成一体，从而实现对基体表面进行覆盖和改性处理。
激光熔覆技术的原理是通过激光束对添加材料进行快速局部熔化，然后将熔融的添加材料喷射到基体表面上，经过凝固形成一层覆盖层，从而实现对基体表面的修复和增强。
二、应用领域激光熔覆技术具有高效、精密、绿色环保等特点，因此在工业生产中得到了广泛的应用。
它可以应用于航空航天、船舶、汽车、机械制造、石油化工、电力电气、矿山冶金等行业，用于对金属和非金属材料的表面进行改性处理。
具体来说，激光熔覆技术的应用包括以下几个方面：1. 航空航天领域：航空航天领域对材料的要求非常严格，激光熔覆技术可以应用于航空发动机叶片、轴承表面、涡轮叶片、航空航天零部件等的表面修复和增强，提高材料的抗磨损、耐腐蚀、抗高温等性能。
2. 汽车制造领域：汽车零部件要求具有高强度、高硬度、耐磨损等特点，激光熔覆技术可以应用于汽车发动机缸套、曲轴、凸轮轴等零部件的表面处理，提高零部件的耐磨性和使用寿命。
4. 石油化工领域：石油化工设备在恶劣的工作环境下工作，对材料的要求非常高，激光熔覆技术可以应用于石油化工设备的防腐蚀表面处理，提高设备的使用寿命。
三、前景展望随着工业化和信息化的深入发展，激光熔覆技术的应用领域将会进一步扩大。
在未来的发展中，激光熔覆技术将继续发挥重要作用，并在一些新兴领域得到广泛应用，主要表现在以下几个方面：1. 新材料的开发：随着材料科学的不断发展，新材料的出现将会对激光熔覆技术的发展起到重要的推动作用。
激光熔覆技术在行业中的应用讲解
激光熔覆技术在行业中的应用1、涡轮动力设备修复和改造在冶金、石油、化工、电力、铁路、船舶、矿山、航空等国民经济支柱产业中使用着大量的涡轮转动设备,例如:汽轮机、离心压缩机、轴流风机、螺杆压缩机、高炉透平发电 TRT 、烟气轮机、发电机、往复式压缩机、飞机发动机、地面燃机、水轮机、制氧机、水泵、柴油机、工业透平、增速机等等。
特别是 70年代末以来引进的大量进口涡轮转动设备(机组, 经过长周期各种工况条件下服役,因腐蚀、磨损和疲劳等因素,所有设备(机组均存在着使用中的损伤失效, 有的则处在报废或即将报废状态。
而常规的技术和工艺方法不能, 也不敢动及这些关键的、价值贵重的设备(机组,稍有失误将造成设备(机组失效和破坏, 从而带来的是潜在的巨大的产值和经济损失。
在钢铁冶金行业,涡轮转动设备 (机组是提供能源和动力的载体。
钢铁企业拥有的各种规格进口和国产的轴流压缩机(风机,单级、多级离心鼓风机、引风机、除尘风机、 H 型氧压机、氮压机、螺杆压缩机、自备电厂的各种型号汽轮机、高炉能量回收使用的单级、双级透平发电 TRT 机组、各种发电及电动机、大型水泵等涡轮动力设备。
再制造工程技术为这些重大关键设备(机组提供了安全可靠,质量保障,性能稳定提升的综合技术。
激光熔覆仿形技术和激光快速成形技术在这些关键设备和零部件修复及再造应用, 又使再制造工程技术得到发展。
例如, 2007年11月份,天津大族烨峤激光公司应用再制造工程技术和激光熔覆仿形技术修复津西钢铁公司 AV40-12型轴流压缩机的动、静叶片; 2008年 3月份,修复津西钢铁公司2MPG4.5-175/145型高炉透平“一拖二” 式 TRT 机组的动、静叶片并进行两台机组的拆装、调试和检测的全方位“交钥匙”工程。
现在,经修复的两台机组已经投入生产服役,运行良好,平稳可靠。
而且,采用激光熔覆仿形技术修复后的两台机组的所有动、静叶片都可比原设计制造的新叶片提高使用寿命 50-100%,仅此两台设备可为津西厂节省约 500多万元维修资金。
激光表面熔覆也叫激光涂覆或激光包覆
激光表面熔覆也叫激光涂覆或激光包覆，它是材料表面改性的一种重要方法，它是快速凝固过程，通过在基材表面添加熔覆材料，利用高能量密度激光束将不同成分和性能的合金与基材表层快速熔化，在基材表面形成与基材具有完全不同成分和性能的合金层。
激光熔覆层因具有良好的结合强度和高硬度，在提高材料的耐磨损方面显示了优越性。
今年来，激光表面熔覆技术发展迅速，成为材料表面工程领域的前沿。
1、激光熔覆技术的特点同其它表面强化技术相比，它具有以下特点：冷却速度快；热输入和畸变较小，涂层稀释率低(一般小于5%)，与基体呈冶金结合；能进行选区熔覆，材料消耗少，具有卓越的性能价格比；光束瞄准可以使难以接近的区域熔覆等。
2、激光表面熔覆的工艺方法激光熔覆依据合金供应方式的不同，可将激光熔覆分为两大类：预置法和同步送粉法。
预置式涂层法是先将粉末与粘接剂混合后以某种方法预先均匀涂覆在基体表面，然后采用激光束对合金涂覆层表面进行照射，涂覆层表面吸收激光能量使温度升高并熔化，同时通过热量传递使基体表面熔化，熔化的合金快速凝固在基材表面，形成冶金结合的合金熔覆层。
预置涂层法的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理预置熔覆材料预热激光熔化后热处理。
同步送粉法是通过送粉装置在激光熔覆的过程中将合金粉末直接送入激光作用区，在激光作用下材质和合金粉末同时熔化，结晶形成合金熔覆层。
同步送粉法的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理送料激光熔化后热处理该方法是激光熔覆技术的首选方法，国内外实际生产中采用较多。
送粉的方式对粉末的利用率也有很大的关系，一般有正向和逆向两种送粉法，由于逆向送粉会使熔池的表面积增大，因此在相同的激光熔覆条件下，逆向法较正向法具有更高的粉末利用率。
3、激光表面熔覆材料体系按照材料成分构成，激光熔覆粉末材料主要分为金属粉末、陶瓷粉末和复合粉末等。
在金属粉末中，自熔性合金粉末的研究与应用最多。
3.1自熔性合金粉末（1）Fe基合金体系自熔性合金粉末可以分为Fe基、Ni基、Co基自熔性合金粉末，其主要特点是含有B和Si，具有自脱氧和造渣能力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
课程：激光表面改性技术
主讲教师：林继兴
激光在模具修复中的应用
教学目标 通过本次课程的学习，了解激光处理在模具修复中的 应用。
背景
模具应用非常广：80%零部件都需要模具成型 项目实例：电力金具产品——铜端子零件热锻模。
图1 铜端子零件
图2 铜端子热锻模
模具失效
模具失效形式：龟裂、起皱、断裂、表面损伤等。
图3 失效花表面强化、PVD、 CVD等方法均可在一定程度上延长模具的使用寿命，但上 述方法存在工艺复杂、处理周期长、处理后模具存在较大 畸变、形成的镀层薄而脆、磨损极快、容易出现早期裂纹
等缺点。
亟需一种工艺简单、效率高、性能优异的新技术！
新老工艺对比
氮化处理
图5 着色探伤——无裂纹
熔覆问题与对策2
与现有工艺 对比分析
模具使用 寿命帅选
降低试模成本
图6 冷热疲劳试验机
小 结
1、模具使用寿命关系到企业生产成本与效率，现有工 艺复杂，周期长，激光处理工艺简单、效率高、性能
优异；
2、激光处理包括模具服役前的激光强化，服役中的激 光保养，失效后的激光熔覆修复。
作业思考题
1、激光处理与常规修复技术相比，有哪些技术优势？
2、激光表面强化、激光保养（消除疲劳源、去应力）、
激光熔覆在功率大小怎么排序，为什么？
堆焊/其他 表面处理 方法
报废
精加工模具
整体热处理
激光强化
激光保养
熔覆修复
激光处理步骤：激光三部曲
Step 3 • 模具失效后 Step 2 • 模具服役中 Step 1
• 激光修复——激光熔覆
• 激光保养 •模具服役前
•激光表面强化
熔覆问题与对策1
高硬度易裂
图4 着色探伤——裂纹
粉末掺杂
三束激光