陳學(xué)勇，母彩軍，孫志鵬

《水泥技術(shù)》2020年第2期《激光熔覆技術(shù)的研究與應(yīng)用》一文介紹了使用激光熔覆技術(shù)制作第四代冷卻機(jī)的密封件（材質(zhì)TRG-ZA-6）的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了激光熔覆技術(shù)制作結(jié)構(gòu)密封件的可行性，并進(jìn)行了少量的應(yīng)用。

近期，我公司和武漢華工激光公司（HGTECH）共同進(jìn)行了激光熔覆技術(shù)工業(yè)化實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)將實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果介紹給大家，供參考。

1 激光熔覆相關(guān)工藝參數(shù)

根據(jù)密封件使用工況的實(shí)際需要，要求熔覆層硬度達(dá)到HRC40以上、溫度≮600℃、焊后應(yīng)力小、變形量少以及熔覆質(zhì)量好。為達(dá)到以上要求，采用了如下措施：

（1）選用功率為3 000W的固體激光器焊機(jī)，見(jiàn)圖1，未使用5 000W甚至10 000W的大功率激光器，可減少焊后變形量。

（2）熔覆材料選用中碳高合金粉料（前期實(shí)驗(yàn)時(shí)選用了高碳鉻鐵材料），其成分和母材相近，更易于和母材緊密融合。

（3）控制焊道行走速率在0.8～1.2m/min，保證熔覆材料和母材有足夠的融合時(shí)間。

（4）熔覆單層焊道寬度為5mm，厚度為2～3mm，保證密封正常使用，與擋料板不發(fā)生干涉。

2 激光熔覆工業(yè)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在熔覆材料和激光熔覆參數(shù)相同的條件下，我們進(jìn)行了豎向和橫向焊道兩種密封件的制作實(shí)驗(yàn)，見(jiàn)圖2。

除了保證密封耐磨、耐熱性能外，控制熔覆后的變形量也是重點(diǎn)，一是控制熔覆后變形的矯形量，二是矯形平整后，待放置或運(yùn)輸一段時(shí)間，控制二次變形量。

（1）變形量

堆焊完成后，將密封件矯形到要求的1mm平整度以內(nèi)。5d之后，橫向焊道熔覆的密封件發(fā)生了二次變形，翹曲變形量在5mm左右，無(wú)法實(shí)施安裝；豎向焊道熔覆的密封件保持了較好的平整度，能夠順利安裝在段節(jié)梁上，見(jiàn)圖3。

在熔覆材料、激光功率、熔覆速率等相同的條件下，激光熔覆堆焊二次變形的結(jié)果表明，豎向焊道的密封件焊后應(yīng)力遠(yuǎn)小于橫向焊道密封件的焊后應(yīng)力。在矯形后，豎向焊道密封件的自身強(qiáng)度能夠有效抵抗焊后殘余應(yīng)力，防止密封件的變形，而橫向焊道密封件發(fā)生了二次變形。

（2）焊道質(zhì)量

圖1 3 000W功率的固體激光器焊機(jī)

圖2 激光熔覆在密封件上的焊道走向

對(duì)激光熔覆堆焊密封件的表面做著色檢測(cè)，評(píng)估焊道外觀質(zhì)量。通過(guò)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是橫向焊道還是豎向焊道，焊道的致密度都非常高，基本無(wú)裂紋、無(wú)夾渣等缺陷，熔覆材料和母材在結(jié)合處融合的非常好，見(jiàn)圖4。

（3）熔覆的表面硬度

對(duì)焊后的密封件表面進(jìn)行硬度測(cè)試，測(cè)試的硬度值分別為HRC40.3、HRC41.6，滿足了熔覆表面硬度值的要求，焊道表面未發(fā)生龜裂，見(jiàn)圖5。

3 后續(xù)需解決的問(wèn)題

（1）成本問(wèn)題

密封件制作數(shù)量少是成本較高的一個(gè)重要因素，另外，選用的中碳高合金粉料、激光器損耗、臨時(shí)制作的卡套工裝均是造成初期成本高的原因。

后續(xù)進(jìn)行大批量工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，對(duì)密封件耐磨性能和合金粉的成分應(yīng)進(jìn)行綜合匹配，可適當(dāng)降低成本。另外，對(duì)激光器損耗、配套矯形工裝費(fèi)用進(jìn)行均攤后，成本也會(huì)有所下降。

（2）矯形工裝

激光熔覆后，需進(jìn)行密封矯形，后續(xù)進(jìn)行大批量工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)配套制作矯形工裝，以提高生產(chǎn)效率，確保生產(chǎn)進(jìn)度。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）選用功率在3 000W的固體激光器能夠滿足粉料的熔覆需求，焊后質(zhì)量好，無(wú)裂紋、夾渣和未熔合等缺陷。

（2）熔覆材料選用中碳高合金粉，焊后表面不開(kāi)裂，殘余應(yīng)力小，硬度值在HRC40～42。

（3）激光熔覆時(shí)，豎向焊道密封件的焊后殘余應(yīng)力明顯小于橫向焊道密封件，采用豎向焊道能夠保證密封件在熔覆矯形后，不會(huì)產(chǎn)生二次變形，組裝精度有保證。

圖3 矯形到位后間隔5d的二次變形量對(duì)比

圖4 熔覆焊道的表面著色檢測(cè)

圖5 硬度測(cè)試值