激光熔覆的優(you) 點

眾(zhong) 所周知，激光熔覆很少甚至不會(hui) 使基材產(chan) 生變形。原因在於(yu) 高度化的局部熱量輸入可以通過熔化材料來形成冶金結合，這對於(yu) 高精度部件比如模具和金屬板材結構非常關(guan) 鍵。傳(chuan) 統焊接工藝的高溫會(hui) 對部件產(chan) 生巨大的影響，進一步導致損壞。

不過，激光熔覆最大的優(you) 點還不為(wei) 眾(zhong) 人所知，那就是大幅提高了溫度敏感型材料比如超級合金和高碳鋼的可焊接性。TIG焊接會(hui) 產(chan) 生非常高的熱輸入，因此會(hui) 導致更多的焊接缺陷比如裂縫。所以，在修理熱氣體(ti) 通道部件時，通常不會(hui) 選擇TIG。

激光熔覆的第二個(ge) 主要優(you) 點是更高的幾何精確度；與(yu) 傳(chuan) 統焊接工藝相比，會(hui) 節省應用的材料。與(yu) TIG焊接相比，激光熔覆能夠產(chan) 生接近最終成形結構、更幹淨的表麵處理，因此有更好的幾何學，更少的材料冗餘(yu) 。舉(ju) 例來說，渦輪葉尖處需要6毫米的積層。激光熔覆在渦輪葉片邊上生成的焊接積層大約為(wei) 0.3毫米，而TIG焊接會(hui) 生成多達2毫米的冗餘(yu) ，因此會(hui) 應用更多的材料，接著還要去除這些材料，導致更多的精整加工工作和更多的人工。

圖3、左圖：在三維幾何體(ti) 上進行激光熔覆；右圖：使用激光熔覆一層之後，

如圖可見渦輪增壓器的細節，焊接積層有1毫米厚

另外，計算機數控（CNC）係統能夠幫助激光熔覆成為(wei) 大規模可複製的工藝，使得技術人員在生產(chan) 中能夠重複高質量加工。

三維幾何體(ti)

有些部件如渦輪增壓器迂回曲折，給塗層材料和工藝帶來特別的挑戰。因此，這種三維幾何體(ti) 需要合適的、能夠在必要時移動部件的處理係統。而且對加工路徑進行編程，要求足夠的計算機輔助製造（CAM）工具。另外，激光熔覆係統的程序員需要足夠理解激光熔覆工藝，才能生成合適的“焊接”策略。焊接策略必須考慮材料問題比如邊緣的過熱，還要考慮幾何學問題比如由部件製造工藝或者部件先前運行工況導致的幾何偏差。

圖4、修複後的工業(ye) 燃氣渦輪機葉片

方法論

就像其它焊接工藝一樣，激光熔覆要求充分地準備焊接表麵。通常，第一步是移除多餘(yu) 的材料，以確保有牢固的基礎進行修理。舉(ju) 例來說，如果準備將一台受到熱氣體(ti) 腐蝕或摩擦損壞的渦輪葉片送回工廠進行翻新，技術人員在開始修複工藝之前需要去除損壞區域。

由於(yu) 激光熔覆是CNC工藝，生成焊接路徑需要有部件的幾何學信息，比如三維CAM模型或者是數字化數據。通常合適的焊接策略源於(yu) 已確認的工藝。這種工藝涉及客戶的需求，由他們(men) 來決(jue) 定焊接積層幾何學和焊接質量的驗收標準。工藝條件包括確定正確的工藝參數。這些參數包括激光功率、校正後用來確定熔化槽大小的激光焦點直徑、焊接軌道寬度、用來確定加工頭在部件上移動速度的進給速率，以及進粉速率——也就是粉末送進熔化槽的速度。

走進微觀塗層

盡管肉眼難以觀察得到，其實這一應用由兩(liang) 個(ge) 不同的層組成，有時由於(yu) 多了緩衝(chong) 層而有三層。微觀視圖（圖5）顯示的激光熔覆應用中，以MetcoClad 625為(wei) 緩衝(chong) 層，將鎢鉻鈷合金694焊接到CMSX-4上麵。照片中右邊顯示了CMSX-4的單晶材料，晶體(ti) 方向雖然不可見，但都排列成一個(ge) 方向。

圖5、效果圖：在以鎳為(wei) 基材的高溫超級合金上進行激光熔覆

在激光熔覆工藝中，中間區域（MetcoClad 625）是一個(ge) 緩衝(chong) 層。在後來應用鎢鉻鈷合金堅硬表麵時，MetcoClad625作為(wei) 一種韌性材料，防止裂開或損害基材。晶體(ti) 結構的水平和垂直線條實際上源於(yu) CMSX-4，在MetcoClad 625凝固時形成。照片左邊的鎢鉻鈷合金694是功能表麵——作為(wei) 在高溫環境下耐磨損的塗層。

總結

由於(yu) 激光熔覆技術能產(chan) 生較高的幾何精確度和更少的熱應力，與(yu) 傳(chuan) 統焊接工藝相比，它具有明顯的優(you) 勢，已經成為(wei) 高價(jia) 值部件修理的標準。工業(ye) 燃氣渦輪機的翻新將繼續引導創新技術，事實上激光熔覆就是為(wei) 這一行業(ye) 定製的解決(jue) 方案。隨著越來越多的加工廠應用這種技術，耐磨損、耐侵蝕或耐腐蝕的功能性塗層將得到廣泛應用。豐(feng) 富的經驗和深入的應用技術仍將是成功操作激光熔覆係統的關(guan) 鍵。