劉繼常

（湖南大學先進成形與表面工程研究所，湖南長沙 410082）

激光熔覆工藝理論與試驗研究

劉繼常

（湖南大學先進成形與表面工程研究所，湖南長沙 410082）

通過理論和試驗研究了激光熔覆過程中粉末流對激光功率的衰減、激光熔覆所需的激光功率及形成熔池的寬度、形貌、熔覆帶橫截面輪廓等。試驗結果發(fā)現：在激光熔覆過程中，粉末對激光功率的衰減程度取決于送粉率、氣流速度、激光束、粉末流的發(fā)散角、腰斑的位置與直徑、粉末顆粒直徑和激光束穿過粉末流的深度；激光功率下限值與光斑直徑、掃描速度及材料熔點等熱物理特性有關；在一定的簡化條件下，激光單道熔覆形成的熔池寬度是工藝參數和材料特性的函數，較低功率的激光在基板上熔覆時，熔覆帶橫截面輪廓上各點的高度由粉末濃度分布及熔池內相應點處于液態(tài)的時間決定。

激光熔覆；激光功率；衰減；熔池；熔覆帶橫截面輪廓

激光熔覆最初作為一種表面改性工藝，在普通材料的零件表面涂覆一層具有特殊性能的材料，改善零件表面的耐磨、耐腐蝕等性能，相對傳統表面改性工藝，具有多方面的優(yōu)越性。當前，對于金屬零件的快速制造，其工藝主要是激光熔覆；且循環(huán)經濟最關鍵的一環(huán)是再制造，激光熔覆可作為一種優(yōu)秀的再制造工藝，高效、優(yōu)質地修復零件和模具。因此，激光熔覆既是一種重要的表面改性工藝，又是激光直接制造與再制造的一塊重要基石，對其進行研究具有非常重要的意義。

本文對激光熔覆過程中粉末流對激光功率的衰減、激光熔覆所需的激光功率、形成熔池的寬度、形貌及熔覆帶橫截面輪廓進行了理論和試驗研究。

1 激光熔覆工藝的基本特征

激光熔覆是通過在基材表面添加材料，并利用高能密度的激光束，使材料與基材表面薄層一起熔化、凝固，最終在基層表面形成冶金結合的添加層的工藝方法。

在激光熔覆過程中，激光加熱工件表面，導致表面薄層金屬熔化，與被送入的粉末一起形成金屬熔池。隨著激光掃描運動的持續(xù)，熔池不斷向前移動，已掃描區(qū)域的液態(tài)金屬冷卻凝固，進而形成熔覆帶。圖1是激光熔覆熔池移動過程中的界面變化示意圖。

圖1 熔池移動過程中的界面變化示意圖

在熔池達到穩(wěn)定狀態(tài)后，凝固界面（如AB和A′B′）推進速度、熔化界面（如AC和A′C′、BC和B′C′）推進速度與掃描速度大小相等、方向相同，且保持穩(wěn)定。各點的凝固速度可分為在掃描方向（x向）和高度方向（z向）的兩個分量，則在掃描方向的凝固速度分量應與掃描速度大小相等、方向相同，且保持穩(wěn)定。而因為各點的凝固速度與該點處的界面內法線方向一致，在高度方向（z向）的分量應各不相同，且處于動態(tài)變化之中，即從B點起，從零開始，在高度方向（z向）的凝固速度分量逐漸增大，到某一點后又逐漸減小，到A點又變?yōu)榱?；否則，熔池界面將以一定速度上升。若把坐標系與熔池（或激光束）固定在一起，看起來熔池界面穩(wěn)定不變，實際上處于動態(tài)變化之中；熔化界面上不斷有固態(tài)金屬被熔化進入熔池，凝固界面上不斷有液態(tài)金屬凝固離開熔池。

激光熔覆是一個非常復雜的過程，受到材料熱物理特性、激光工藝參數和環(huán)境等多方面因素的影響。激光工藝參數包括激光功率、激光被工件表面吸收率、激光束在工件表面的光斑直徑及激光束掃描速度等，材料熱物理特性包括熔點、導熱系數等，環(huán)境因素較復雜，如工件的大小、結構及表面狀況，工件所處的環(huán)境溫度與濕度等。

2 同軸粉末流對高斯激光束功率的衰減

在激光熔覆過程中，當激光束穿過同軸的金屬粉末時，由于金屬粉末顆粒對激光的吸收、散射等作用，激光能量被減弱。因此，粉末流對激光束的功率有衰減作用。

假設激光模式為TEM00模，功率密度呈穩(wěn)定的高斯函數分布，則在x-y平面上，激光功率密度分布為：

式中：(x,y)為x-y平面上的點的坐標；I0(x,y)為點(x,y)的功率密度；P為激光功率；Rb為光斑半徑，表示從光斑中心到光強為中心的1/e2處的距離。

假設同軸粉末流保持穩(wěn)定，顆粒為球形且大小相等，粉末濃度分布不隨時間變化，則根據文獻[1]，在冷態(tài)下，粉末流束橫截面上的顆粒濃度分布為高斯函數：

式中：n(x,y)為在基底以上的粉末流束橫截面（假設為x-y平面）顆粒濃度；nˉ為粉末流中心的峰值顆粒濃度，它決定于送粉速度等；Rp為從粉末流中心到顆粒濃度降為中心濃度的1/e2處的距離（半徑）。

激光束與粉末流束聚焦后的束腰半徑分別為Rbmin和Rpmin，其發(fā)散半角分別為φ和φ；激光束和粉末流束的束腰長度均為0，聚焦于z=z0處；激光束和粉末流束外包絡線的延長線在束腰上、下均各有一個交點，對于激光束，上、下兩個交點到束腰中心的距離均為Δ1；而對于粉末流束，則為Δ2（圖2）。

圖2 激光束與粉末流的位置關系

若粉末顆粒大小相同，定義粉末流在x-y平面單位高度內的顆粒數np為：

對式（2）的右邊項在x-y平面無限大的面積（Ω）內積分，得到：

把式（4）代入式（2），得到x-y平面上顆粒濃度分布的另一表達式：

因為假定各顆粒的大小相等，半徑為rp，密度為ρp，運動速度為vp，則質量送粉速率m˙p與x-y平面單位高度內的顆粒數np之間的關系為：

式（6）表明在粉末流束橫截面內的粉末顆粒數隨粉末輸送速率的增大而增大，隨粉末顆粒運動速度的增大而減小。把式（6）代入式（5），得到在x-y平面上單位面積的質量送粉速率分布：

在三維空間柱坐標系中，式（1）、式（5）和式（7）分別轉換為：

當激光穿過粉末流時，粉末顆粒既吸收和散射從同軸噴嘴出來的激光能量，又吸收和散射從工件反射回來的激光能量；對工件而言，既吸收和反射從同軸噴嘴出來并穿過粉末的激光能量，也吸收和反射從粉末反射回來的激光能量，并接收顆粒帶回的能量。因此，在激光與粉末作用后，忽略粉末輻射的情況下，工件得到的激光功率包括4個部分：①工件直接吸收的部分，即βωP（ 1-Pat/）P；②被進入熔池的粉末吸收后帶入的部分，即ηpβpPat；③被工件反射出去、又被粉末反射回來后，工件吸收的部分，即ηr(1-βp)ηm(1-βw)P（ 1-Pat/）P；④被工件反射后、又被粉末吸收并重新帶回的部分，即ηpβpηm(1-βw)P（ 1-Pat/）

P。其中，βw、βp分別為工件、粉末對激光的吸收率，由材料屬性及其狀態(tài)決定；P、Pat分別為入射激光功率、被粉末衰減的入射激光功率；ηp為與激光作用的粉末利用率（比總利用率大），決定于熔池尺寸和粉末流形態(tài)；ηm、ηr分別為被工件反射出去的激光中，又被粉末擋住的比例和又被反射回來的比例。

由于ηm、ηr較小，它們的乘積更小，所以上述第③項可忽略；ηpβpηm(1-βw)也很小，故第④項也可忽略。因此，被工件吸收的功率即為：

式中：β為激光穿過粉末后的功率變化比例系數，β= 1-Pat/P。

由于激光束和粉末流束在束腰以上都呈倒錐臺形，在束腰以下都呈正錐臺形，粉末濃度和功率密度分布基本上是對稱的。所以可先推導在束腰以下的粉末對激光功率的衰減規(guī)律。

假設在點(r,θ,z)的顆粒橫截面內的入射激光功率密度為I(r,θ,z)不變，且顆粒分布較稀疏；激光照射時，上面的顆粒對下面的顆粒沒有遮擋作用，那么，在點(r,θ,z)的顆粒對激光功率的衰減為πr2pI(r,θ,z)。

如圖2所示，令z1=Δ1+z0，z2=Δ2+z0，Δ=Δ2-Δ1，則在束腰以下的高度dz內被衰減的激光功率dP為：

在式（12）左右兩邊各除以P，并對兩邊進行z從z0到0范圍內的定積分，若束腰時的激光功率為P′，則穿過粉末到達工件時的激光功率P″為：

式中：β″為激光功率從束腰到工件表面之間的變化系數。

在束腰以上，若粉末與激光在z=z′處開始作用，令z1′=z0-Δ1，z2′=z0-Δ2，則在高度dz內被衰減的激光功率dP為：

在式（14）左右兩邊各除以P，并對兩邊在z從z′到z0的范圍內進行定積分，若與粉末作用前的激光功率為P0，則：

式中：β′為激光功率從z=z′到z=z0之間的變化系數。

所以，激光穿過粉末到達工件時的功率P″=P′β″=P0β′β″=P0β。把式（6）分別代入式（13）和式（15），并進行整理后，得到：

由此可看出，粉末對激光的衰減程度決定于送粉率、氣流速度、激光束和粉末流的發(fā)散角、腰斑位置與直徑、粉末顆粒直徑和激光束在粉末流中經過的路程。

工件對激光的利用率可變化為：

如果沒有粉末作用，則工件對激光的利用率就等于工件對激光的吸收率βw。

3 激光熔覆工藝的激光功率需求

在激光熔覆過程中，激光束掃描加熱工件表面。假設工件是一個半無限大的實體，當輸送粉末量很小或接近于零時，工件表面最高溫度為[2-3]：式中：K為熱擴散系數；k為熱導率；d為激光束在工件表面的光斑直徑；v為激光束掃描速度；C為常數，約等于1.81。

在激光熔覆穩(wěn)定進行的過程中，熔池穩(wěn)定地存在，工件表面最高溫度必須大于材料熔點Tm，即表明對于某種材料，激光被工件表面吸收率、激光功率、激光束在工件表面的光斑直徑（即離焦量）及激光束掃描速度等共同決定了其熔覆狀態(tài)。

在一定的激光束吸收率、掃描速度、離焦量下，某種材料熔覆所需的激光功率為：

可看出，在其他參數不變的情況下，材料的熔點越高，熱擴散能力越強，激光熔覆所需的功率越大；而激光束掃描速度或離焦量越大，吸收率越小，激光熔覆所需的功率越大。如果激光束靜止不動，即掃描速度為零，某種材料熔覆所需的激光功率為：

一般情況下，激光束是移動的，因而熔覆所需的激光功率一定大于式（20）的右邊項。所以該右邊項即為在一定條件下激光熔覆所需的最小功率。

4 熔池

熔池尺寸決定于能量平衡。在基底與熔覆材料同質的情況下，穩(wěn)定熔覆過程中的熔池伴隨著加熱和冷卻、熔化和凝固等物理過程，以維持物質和能量的平衡。能量不斷被激光輸入進來，也不斷被傳導、對流和輻射出去，輸入和輸出的能量必須平衡；固態(tài)金屬不斷熔化進入熔池，也不斷凝固離開熔池，熔化和凝固的金屬量必須相等，這樣才能使熔池尺寸形狀不發(fā)生變化，保持過程的穩(wěn)定?？砂讶鄢貑为氉鳛橐粋€不斷與周圍環(huán)境發(fā)生能量和物質交換的系統（圖3），則其輸入為激光能量、金屬粉末和工件表層部分被熔化的金屬，輸出為通過對流、輻射和傳導方式離開的能量和冷卻凝固的金屬。

圖3 與周圍環(huán)境發(fā)生能量和物質交換的熔池系統示意圖

假設熔池表面通過對流和輻射作用向環(huán)境散發(fā)的熱量可以忽略，因此，根據上述分析，能量平衡只考慮兩項：工件吸收的激光能量和通過熱傳導向固體材料內部傳遞的熱量，可表示為：

式中：QL為單位時間內工件吸收的激光能量，QL= AP；QC為單位時間內向固體材料內部傳遞的熱量，可通過熱影響區(qū)得到的熱量來計算：

式中：Vs為單位時間內熔池下面固體中熱影響區(qū)的體積；cp為材料熱容；ρ為材料密度；T(x,y,z,t)為在時間t的溫度場。

4.1 激光熔覆成形薄壁過程中的熔池寬度

金屬薄壁結構通常由激光單道熔覆成形，其壁厚t等于熔覆過程中所形成的熔池寬度。如圖4所示，激光以速度v沿x軸往復掃描，成形薄壁。坐標原點在激光與工件作用面上的光斑中心。

圖4 激光單道熔覆成形薄壁零件示意圖

在光斑直徑較小的激光單道熔覆成形時，熔池尺寸一般大于光斑尺寸，熱量主要從熔池固-液邊界向固體材料內部傳遞。據文獻[4]可知，熱影響區(qū)深度，t為工件表面x軸上某點處于液態(tài)的時間，該作用時間可近似為[5]：

式中：Rm為熔池半徑。

為了求出熔池半徑，需進行簡化。在激光熔覆過程中，晶粒主要沿垂直于熔池底面的方向生長，說明該方向的冷卻速度占絕對優(yōu)勢；小型工件長度較小，加之工件在成形過程中溫度升高，長度方向傳熱能力較小[6-7]。所以，熱量主要沿z軸負方向傳遞，可假定熔池以下固體內的熱交換是一維的，若令ξ=-z，則有[8]：

在激光熔覆過程中，工件表面只有很薄的一層被熔化。由于在工件表層中的熔池深度很小，所以可把熔池底部固-液界面的形狀近似為圓盤形狀。在本課題的條件下，熔覆帶的寬高比較大，即圖1所示的熔池底面相對于水平面的傾斜度不大，可將其看成與水平面平行。因此，單位時間內從熔池固-液邊界向固體材料內部傳遞的熱量為：

可看出，在光斑較小的激光單道熔覆成形的情況下，制件壁厚即熔池寬度（2Rm）決定于工件對激光的吸收率A、激光功率P、掃描速度v、固體初始溫度T0及材料的熱物理性質，如密度ρ、熱容cp和熱擴散率K等。在實際成形過程中，工件溫度會隨高度的增大而升高，即T0增大，Rm將增大，壁厚就增大。

4.2 熔池形貌

4.2.1 熔池自由表面模型

在激光熔覆過程中，熔池中的對流（即金屬液體的流動）、氣體-粉末流、熔池表面溫差引起的表面張力、熔池液體本身的重力等因素對處于動態(tài)平衡的熔池系統的影響很大。

準穩(wěn)態(tài)情況下，作用在激光熔覆熔池自由表面上的力是相互平衡的，熔池自由表面的形狀就是由這些相互平衡的力決定。那么，在自由表面上取一點，在該點的法線方向上可得到力的平衡方程[9]：

因為粉末顆粒的動量來源于氣體對它的推動作用，可把它對熔池表面的作用近似地包含于氣體對熔池的作用。若保護氣和輸送氣分別以一定角度α、β入射到熔池自由表面，根據動量守恒定理，在dt時間內，自由表面單位面積ΔS法向方向上有：

式中：dt為保護氣速度從vg1到0的變化時間，即F1的作用時間；m1為在dt時間內射入熔池的保護氣流量：

式中：ρg1為保護氣的密度。

將式（29）代入式（28），得到熔池所受保護氣的沖擊力為：

其對熔池自由表面的相應壓強為：

同理，熔池自由表面受到來自輸送氣的壓強為：

式中：ρg2為輸送氣的密度。

氣體-粉末流（保護氣和輸送氣）對自由表面的總壓強為：

將式（33）代入式（27），便可得到熔池自由表面曲率：

因為式（34）中有一些量不是常數，故得到的K也非常數，所以許多學者在建立熔池模型時，將熔池自由表面假設為一簡單圓弧面是不準確的。當其他參數保持不變時，vg1、vg2增大，即隨著輸送氣、保護氣流量的增加，熔池自由表面的曲率K減小，即熔池自由表面趨于平緩，形成的熔覆帶橫截面上部較扁平。

4.2.2 熔池（熔覆帶）橫截面輪廓

如圖5所示，坐標原點位于熔覆帶底面縱向中心線上，x軸正向與激光掃描方向一致，z軸正向為向上的方向，y軸指向x正向的左邊。假設熔覆帶某一個橫截面處于x-y平面上，可看出橫截面輪廓上所有的點都是不同熔池邊界與x-y平面的交點。假設熔池邊界關于x軸對稱，那么可設定與x-y平面相交于y軸的熔池邊界為B0，與x-y平面相交于z軸的熔池邊界為Bn。ΔS為熔池邊界B0、Bn分別與x-y平面之間的對應交點間x方向上的距離。

圖5 熔覆帶橫截面輪廓形成示意圖

熔池邊界B0表示為z=f(x,y)，形成相應橫截面輪廓的熔池邊界表示為z=f(x+s,y)，s在0～ΔS范圍內取值。因此，上述橫截面輪廓的所有點可定義為：

對于任意橫截面輪廓（x=X）的所有點可定義為：

在單道同軸熔覆過程中，假設熔覆材料和基底同質，熔池內各處溫度差別不大，只略高于材料熔點，則熔池內的流動可忽略。如果氣體-粉末流對熔池的壓力作用可忽略，則可認為某個熔覆帶橫截面輪廓上某點的高度（z軸坐標）就是粉末在該點處堆積的高度。圖6是在熔池表面的粉末濃度分布。

圖6 在熔池表面的粉末濃度分布模型（縱坐標為濃度）

設點（x1,y1,z1）和點（x2,y2,z2）分別是熔池前、后邊界上y軸坐標相同（y1=y2）的2個點，點（x2,y2,z2）的高度即是相應橫截面輪廓點的高度，也是熔池從點（x1,y1,0）向點（x2,y2,0）移動過程中粉末堆積的高度。把熔池表面簡化為一個圓盤，在穩(wěn)態(tài)下，熔覆帶橫截面輪廓上的點（x2,y2,z2）的z軸坐標可表示為：

式中：mp為質量送分速率；Rp為粉末流在基底上的半徑；v為激光掃描速率；ρ為熔覆材料密度。

5 試驗及分析

試驗用一臺500 W連續(xù)輸出的CO2激光器，熔覆金屬粉末為含碳0.24%的鐵碳合金，基板為20鋼，置于數控機床上。粉末顆粒的半徑為0.04 mm，運動速度約5 m/s，粉末流最小半徑為1.8 mm，發(fā)散半角為15°，噴嘴底部距離腰斑3 mm，粉末流束外包絡線的延長線在束腰上、下的兩個交點到束腰中心的距離為6.7 mm。激光束聚焦后，在基板表面的光斑直徑約0.2 mm，最小光斑半徑為0.05 mm，激光光束發(fā)散半角的正切為0.1，激光束外包絡線的延長線在束腰上、下的兩個交點到束腰中心的距離為0.5 mm。保護氣體和輸送氣體均為氮氣。

5.1 粉末流對激光功率的衰減

試驗中，為了避免激光燒壞或熔化功率計被照射表面，要求到達功率計表面的激光光斑直徑大于4 mm。若光斑直徑分別取4.5 mm和8.5 mm，則其對應的離焦量分別為22 mm和42 mm，激光穿過粉末的路程分別為25 mm和45 mm。試驗采用300 W激光功率，激光被粉末衰減后的功率試驗值與利用式（16）等計算的值見表1。

表1 300 W激光被粉末衰減后的功率試驗值與計算值

從表1可看出，計算值與試驗值差別不大，其變化趨勢較一致。粉末對激光功率的衰減隨送粉速率的增大而增大；隨離焦量的增大（激光穿過粉末的路程增大）而增大，但變化幅度不大，說明在較大的離焦量下，粉末對激光的衰減能力減弱。此外，試驗值比計算值低，是因為在實際情況下，外噴嘴底部在內噴嘴下面，試驗中經常發(fā)現噴嘴出口內側粘有部分金屬粉末，說明激光與粉末開始作用的區(qū)域在噴嘴底部以上，所以在小離焦量下，粉末對激光功率的衰減也不算小。

5.2 熔覆所需的激光功率

試驗激光束聚焦后，在基板表面的光斑直徑約0.2 mm，測得的最低激光功率見表2。試驗發(fā)現，激光靜止照射時，直到功率增大到108 W，基板表面才出現熔池；當激光束以120 mm/min的速度掃描時，直到功率增大到113 W，基板表面才出現熔池。若以0.5 g/min的速度向基板輸送粉末，則激光靜止照射時，直到功率增大到112 W，基板表面才出現熔池；當激光束以120 mm/min的速度掃描時，直到功率增大到116 W，基板表面才出現熔池。

表2 激光熔覆最小功率

在不送粉的情況下，基板對激光的綜合吸收率取20%，用式（19）、式（20）計算的結果也列入表2中。比較試驗和計算結果發(fā)現，兩者雖有一定的誤差，但基本接近。光束靜止態(tài)的激光功率試驗值小于計算值，主要原因是工件（基板）并不是一個半無限大的實體，其有熱量累積。當激光束運動時，激光功率試驗值與計算值相當接近，原因是激光束的運動使熱量累積減小，而兩個數值之間的誤差主要是模型假設和吸收率取值不準確引起的。

當輸入粉末時，所需的最小激光功率有所增大，其原因是粉末對激光功率的衰減（吸收、散射等）作用。此外，加入粉末會改變激光束的利用率，同時，因為粉末熔化需要一定的能量，也使計算結果與實際的激光熔覆情況不完全一致。

5.3 熔池試驗

進行了激光單道熔覆試驗，觀察熔池形貌和成形薄壁，以驗證利用式（26）計算的熔池寬度。試驗采用的工藝參數范圍為：功率150～300 W，掃描速度150～210 mm/min，送粉速率1.2～1.6 g/min，光束在基板表面的直徑0.2～0.6 mm。計算采用的材料熱物理參數見表3（基板成分與之相近）。

表3 含碳0.24%的鐵碳合金熱物理參數

試驗得到了壁厚1 mm以下的薄壁（圖7），不同工藝參數下得到的熔池寬度（壁厚測量值）見表4（壁厚數據采自薄壁2.4 mm高度處）。比較表4中試樣1和試樣3可發(fā)現，激光功率越大，熔池寬度越大；比較試樣2和試樣3發(fā)現，光斑直徑越小，熔池寬度越?。槐容^試樣5和試樣6發(fā)現，掃描速度增大，熔池寬度變?。槐容^試樣7和試樣8發(fā)現，送粉率提高，熔池寬度略有減小。這與式（26）體現的各工藝參數與熔池寬度間的關系一致。

圖8是熔池寬度計算值與試驗測量值，可看出兩者之間雖然存在誤差，但變化趨勢是一致的，這也驗證了式（26）描述的熔池寬度模型。

表4 不同工藝參數下得到的熔池寬度（壁厚測量值）

圖7 激光單道熔覆成形的薄壁

圖8 熔池寬度計算值與試驗測量值

圖9a和圖9b分別是在掃描速度2.5 mm/s、送粉率1.06 g/min情形下試驗和計算得到的熔覆帶橫截面輪廓?？煽闯鋈鄹矌M截面輪廓上各點的曲率不一樣，試驗得到的輪廓和計算結果之間很相像。因而可以說，熔池自由表面不是規(guī)則的曲面；在激光功率較低、熔池溫度不高的條件下，單道熔覆形成的熔覆帶橫截面輪廓點的高度與在該點熔化的金屬粉末成正比。

6 結論

（1）在激光熔覆過程中，粉末對激光功率的衰減程度決定于送粉率、氣流速度、激光束和粉末流的發(fā)散角、腰斑位置與直徑、粉末顆粒直徑和激光束穿過粉末流的深度。

（2）激光功率必須大于某一個值，才能形成熔池，該下限值與光斑直徑、掃描速度及材料熔點等熱物理特性有關。

（3）在一定的簡化條件下，激光單道熔覆形成的熔池寬度是工藝參數和材料特性的函數。

圖9 在掃描速度2.5 mm/s、送粉率1.06 g/min情形下的熔覆帶橫截面輪廓

（4）熔池自由表面不是規(guī)則的曲面；較低功率的激光在基板上熔覆時，熔覆帶橫截面輪廓上各點的高度由粉末濃度分布及熔池內相應點處于液態(tài)的時間決定。

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Process Theory and Experimental Study on Laser Cladding

Liu Jichang

（Hunan University，Changsha 410082，China）

Attenuation of powder flow on laser power，laser power and width，appearance，cross section outline of cladding zone required by laser cladding are studied in the theory and experiment. The experimental results show that in the caurse of laser cladding，degree of powder attenuation on laser power depend on the powder feeding efficiency，air flow rate，scattered angle of laser beam and powder flow，position and diameter of waist spot，powder diameter，depth of laser beam shot into powder flow.The lower limit volue of laser power relate to rot physical natures，such as the spot diameter，the scanning rate and the melting point of material.Under the certain simplified condition，molten width by laser single way cladding is function of the process parameter and the material characteristics.Cladding by lower laser power，height of each points on cross section outline of cladding zone depend on the distribution of powder consistency and time placed in liquid state on corresponding points of molten.

laser cladding；laser power；attenuation；molten；cross section outline of cladding zone

TG665

A

1009－279X（2014）04－0046-08

2013-12-30

國家自然科學基金資助項目（51075134）

劉繼常，男，1968年生，教授、博士生導師。