一種45鋼激光單道熔覆工藝方法
【專利摘要】一種45鋼激光單道熔覆工藝方法，涉及一種金屬熔覆工藝方法，方法包括以45鋼為材料的零部件或模具，利用鐵基金屬粉末結合光纖激光設備，再以KUKA機器人作為熔覆加工的執(zhí)行機構，采用手工編程或自動編程方式，通過輪廓控制方式進行精確的軌跡插補運動，再結合四軸同軸送粉器的精確送粉量控制，通過調(diào)整激光功率、進給速度、送粉量、搭接率、氮保護氣流量參數(shù)，得到最佳熔覆效果的工藝參數(shù)和技術方案。然后利用最終探索得到的較優(yōu)工藝參數(shù)和方法對零部件或模具各種類型的二維或三維復雜或簡單的磨破損表面進行單道激光熔覆修復，使被修復零件或模具快速地達到再次使用性能要求，實現(xiàn)零部件的重新利用。
【專利說明】一種45鋼激光單道熔覆工藝方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種金屬熔覆工藝方法，特別是涉及一種45鋼激光單道熔覆工藝方 法。

【背景技術】
[0002] 金屬粉末的激光熔覆成形技術尚未達到成熟階段，目前仍然處在實驗室研究階 段，并沒有廣泛運用于實際工程領域，特別是45鋼基體材料的激光熔覆工藝，應用技術研 究較少涉獵，為推進該技術在實際工程領域的發(fā)展，我們需要研究這種材料的熔覆工藝，研 究工藝參數(shù)與熔覆成形質(zhì)量的關系和優(yōu)化成形工藝。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種45鋼激光單道熔覆工藝方法，本方法采用鐵基粉末， 使用光纖激光器進行單道熔覆，針對45號鋼基體熔覆過程的金相組織、外觀特征和工藝參 數(shù)分析，得到最佳熔覆效果的工藝參數(shù)和技術方案。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的： 一種45鋼激光單道熔覆工藝方法，所述方法包括以45鋼為材料的零部件或模具，利用 鐵基金屬粉末結合光纖激光設備，再以KUKA機器人作為熔覆加工的執(zhí)行機構，采用手工編 程或自動編程方式，通過輪廓控制方式進行精確的軌跡插補運動，再結合四軸同軸送粉器 的精確送粉量控制，通過調(diào)整激光功率、進給速度、送粉量、搭接率、氮保護氣流量參數(shù)，然 后利用最終探索得到的較優(yōu)工藝參數(shù)和方法對零部件或模具各種類型的二維或三維復雜 或簡單的磨破損表面進行單道激光熔覆修復，使被修復零件或模具快速地達到再次使用性 能要求，實現(xiàn)零部件的重新利用；在單道熔覆成形中，取影響熔覆成形質(zhì)量的關鍵因素：激 光功率、掃描速度、送粉電壓作為分析目標，進行三因素四水平的正交組合，依據(jù)以上工藝 參數(shù)進行單道熔覆成形，熔覆完成后使用切割設備將滿足宏觀形貌要求的單道熔覆試樣切 割成尺寸為8_X30_X 8mm的金相觀察試樣，然后對該試樣進行磨光，拋光及化學浸蝕處 理，然后利用倒置式蔡司高級金相顯微鏡對熔覆試樣進行金相組織分析，并使用HVS-1000 型顯微硬度計測試試樣的顯微硬度。
[0005] 所述的一種45鋼激光單道熔覆工藝方法，其所述Fe基合金激光熔覆成形最優(yōu)工 藝參數(shù)為激光功率800W，掃描速度2mm/s送粉電壓12V。
[0006] 所述的一種45鋼激光單道熔覆工藝方法，所述熔覆層組織由晶粒尺寸較均勻細 小、致密的等軸晶組成，熔覆層與基體結合界面處出現(xiàn)明顯白亮層兩者達到了良好的冶金 結合，并且無明顯氣孔及裂紋產(chǎn)生，滿足一般成形件的性能要求。
[0007] 所述的一種45鋼激光單道熔覆工藝方法，所述對熔覆層顯微硬度測試，發(fā)現(xiàn)熔覆 層顯微硬度顯著高于基體硬度，熔覆層的顯微硬度HV值均分布在455上下，分布比較均勻 無明顯梯度變化，并且從熔覆層一結合界面處一基體呈現(xiàn)出了階梯狀降低的分布形態(tài)，保 證成形件性能要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 圖1為本發(fā)明工藝流程圖； 圖2為本發(fā)明進給路徑軌跡規(guī)劃圖； 圖3為本發(fā)明不同工藝參數(shù)下熔覆層形貌圖； 圖4為本發(fā)明熔覆層組織裂紋缺陷（500倍）圖； 圖5為本發(fā)明800W熔覆層截面形貌（50倍）圖； 圖6為本發(fā)明熔覆層顯微組織形態(tài)圖； 圖7為本發(fā)明顯微硬度測試結果圖。

【具體實施方式】
[0009] 下面結合附圖所示實施例，對本發(fā)明作進一步詳述。
[0010] 本發(fā)明針對以45鋼為材料的零部件或模具，在很多情況下因零部件或模具表面 局部磨破損將導致整個零件或模具產(chǎn)品失效報廢，大大增加了生產(chǎn)成本，利用一定硬度的 鐵基金屬粉末結合YLS-3000 (最大功率為3000瓦)光纖激光設備，再以KUKA機器人作為熔 覆加工的執(zhí)行機構，采用手工編程或自動編程方式，通過輪廓控制方式進行精確的軌跡插 補運動，再結合四軸同軸送粉器的精確送粉量控制等措施，通過調(diào)整激光功率、進給速度、 送粉量、搭接率、氮保護氣流量等參數(shù)，然后利用最終探索得到的較優(yōu)工藝參數(shù)和方法對零 部件或模具各種類型的二維或三維復雜或簡單的磨破損表面進行單道激光熔覆修復，使被 修復零件或模具快速地達到再次使用性能要求，實現(xiàn)零部件的重新利用，甚至能夠使原本 報廢的零件或模具能夠發(fā)揮出比之前更佳的性能。
[0011] 本發(fā)明包括最優(yōu)工藝參數(shù)確定方案和證明方法，最終的結果和中間過程；單道熔 覆手工編程方法、加工路徑中各段的工藝參數(shù)確定規(guī)律、得到的實驗數(shù)據(jù)(表格、圖表)，數(shù) 據(jù)處理后得到的經(jīng)驗公式等。
[0012] 實施例： 過程流程圖：參見圖1，設備包括：YLS-3000光纖激光器（德國IPG公司）；KUKA-KR30 機械手，重復定位精度小于〇. 〇6mm ;PERCITEC YC52透射式激光熔覆頭(德國Precitec公 司）；FHPF-10同軸送粉器(飛虹激光)，送粉顆粒范圍20(Γ400目。
[0013] 45鋼基體成分：參見表1，a ; 45鋼基體材料說明：基體材料選為45鋼板，鋼板尺寸為200mmX 100mmX8mm。實驗前 用砂紙對鋼板表面進行打磨處理，去除表面氧化層并用丙酮清洗掉表面油污及雜質(zhì)確保試 件表面無疏松、裂紋、氣孔、砂眼等缺陷，以防止其在加工過程中產(chǎn)生煙霧或者影響光的吸 收等而對實驗結果產(chǎn)生影響，另外，為保證實驗的準確性將金屬粉末進行真空烘干除潮。
[0014] 粉末成分：參見表1，b ; 粉末說明：激光熔覆所采用的粉末材料為鐵基合金粉末。粉末粒度為20(Γ300目。為 保證實驗的準確性實驗前對熔覆金屬粉末進行真空烘干除潮處理，去除粉末表面附著的 水分。
[0015] 表1 45鋼、鐵基粉末成分表 a. 45 鋼

【權利要求】
1. 一種45鋼激光單道熔覆工藝方法，其特征在于，所述方法包括以45鋼為材料的零部 件或模具，利用鐵基金屬粉末結合光纖激光設備，再以KUKA機器人作為熔覆加工的執(zhí)行機 構，采用手工編程或自動編程方式，通過輪廓控制方式進行精確的軌跡插補運動，再結合四 軸同軸送粉器的精確送粉量控制，通過調(diào)整激光功率、進給速度、送粉量、搭接率、氮保護氣 流量參數(shù)，然后利用最終探索得到的較優(yōu)工藝參數(shù)和方法對零部件或模具各種類型的二維 或三維復雜或簡單的磨破損表面進行單道激光熔覆修復，使被修復零件或模具快速地達到 再次使用性能要求，實現(xiàn)零部件的重新利用；在單道熔覆成形中，取影響熔覆成形質(zhì)量的關 鍵因素：激光功率、掃描速度、送粉電壓作為分析目標，進行三因素四水平的正交組合，依據(jù) 以上工藝參數(shù)進行單道熔覆成形，熔覆完成后使用切割設備將滿足宏觀形貌要求的單道熔 覆試樣切割成尺寸為8mmX30mmX8mm的金相觀察試樣，然后對該試樣進行磨光，拋光及化 學浸蝕處理，然后利用倒置式蔡司高級金相顯微鏡對熔覆試樣進行金相組織分析，并使用 HVS-1000型顯微硬度計測試試樣的顯微硬度。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種45鋼激光單道熔覆工藝方法，其特征在于，所述Fe基 合金激光熔覆成形最優(yōu)工藝參數(shù)為激光功率800W，掃描速度2mm/s送粉電壓12V。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種45鋼激光單道熔覆工藝方法，其特征在于，所述熔覆層 組織由晶粒尺寸較均勻細小、致密的等軸晶組成，熔覆層與基體結合界面處出現(xiàn)明顯白亮 層兩者達到了良好的冶金結合，并且無明顯氣孔及裂紋產(chǎn)生，滿足一般成形件的性能要求。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種45鋼激光單道熔覆工藝方法，其特征在于，所述對熔覆 層顯微硬度測試，發(fā)現(xiàn)熔覆層顯微硬度顯著高于基體硬度，熔覆層的顯微硬度HV值均分布 在455上下，分布比較均勻無明顯梯度變化，并且從熔覆層一結合界面處一基體呈現(xiàn)出了 階梯狀降低的分布形態(tài)，保證成形件性能要求。
【文檔編號】C23C24/10GK104087931SQ201410341032
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月17日 優(yōu)先權日:2014年7月17日
【發(fā)明者】張德強, 牛興林, 李金華 申請人:遼寧工業(yè)大學