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摘要：激光熔覆与氩弧焊熔覆、焊条电弧焊熔覆是当前机械零部件生产中非常常见的热加工工艺，且其各有优劣点。本文对三种技术进行了简单的比较，并重点就激光熔覆的应用展开了探讨，仅供参考。
关键词：激光熔覆；氩弧焊熔覆；焊条电弧焊熔覆；特点比较
工业生产，尤其是重工业设备的生产加工是当今社会经济发展的重要支柱，随着我国工业化水平的不断提高，越来越多的机械设备都开始使用模具成型的办法进行生产加工。但是传统模具生产技术不够成熟，模具使用寿命比较低，模具失效或造成严重的经济损失。激光熔覆技术能够对模具表面进行强化修复，更好的保障模具质量。因此在现阶段加强对于激光熔覆技术在模具中应用的研究具有重要的现实意义，能够更加全面的掌握关于激光熔覆技术的相关特点及工艺，更好的发挥激光熔覆技术的优势，全面提升模具生产质量，满足模具成型加工的需求，促进模具成型产业的良好发展。
1、激光熔覆概述
从上世纪80年代开始，激光熔覆技术开始在工业生产领域推广使用，这种新兴技术属于激光表面工程领域，主要就是利用高能激光束对目标金属的表面进行辐照，使得金属表面能够迅速完成熔化凝固的过程。而且可以在金属表面覆盖一种新的材料，这样经过激光辐照，熔化凝固就可以形成一种全新的复合材料。经过这样的处理，金属表面的物理性能得到显著的提升。而且这种熔覆技术的冷却速度非常快，在很短的时间内就能够完成熔覆过程，得到紧凑的熔覆组织结构和良好的冶金结合结果。随着自动化技术的应用，激光熔覆使用的材料更少，能耗更低，整个技术性价比也更高，质量更优秀。目前激光熔覆技术的应用主要包括材料表面改性、产品表面修复和产品原型制造三个方面。
激光熔覆技术能够实现对于不同涂覆材质的熔覆，材料不同，其物化性能也有不同。具体材料的选择要综合考虑模具的使用要求，模具基材的基本性能特征以及涂覆工艺等。目前激光熔覆技术在模具中的应用主要会选择镍基、铁基和钴基等三种不同类型的合金材料。
2、激光熔覆技术分析
2.1激光熔覆技术特点
激光熔覆技术冷却速度高达每秒106k，能够快速得到细晶组织，结构紧致密实，而且这种技术得到的金属涂层稀释率很低，一般情况下不足5%，能够与金属基体紧密结合。在激光熔覆过程中，能够以降低的热输入和较小的变形完成熔覆，而且对于材料要求比较低，各种金属材料都可以作为熔覆材料使用，尤其是粉末材料，熔覆效果良好。由于激光的特殊性，能够用激光束在各种平时难以处理的位置进行操作。最终得到的熔覆层厚度可以根据情况进行调整，范围也比较宽，从最低的0.3mm到最高的2.0mm都可以实现。而且能够根据实际情况选择相应的特定区域进行激光熔覆，降低熔覆操作的能耗。借助各种先进的技术能够实现激光熔覆的自动化作业，进一步提升熔覆作业的质量。
2.2熔覆材料添加
激光熔覆过程中，熔覆材料的添加是最重要的步骤之一，也是影响熔覆效果的关键。目前主要使用预置法和同步法两种方式添加熔覆材料。所谓预置法指的是利用一定的技术方法在金属基材的表面预先覆盖一层熔覆材料，然后利用激光束扫描金属表面，将覆盖层熔化，一般情况下会先熔化一定部分的金属基材，这样能更好的实现熔覆材料和基材的融合匹配，最终凝固融合形成冶金结合的熔覆层。目前在激光熔覆技术中常用的熔覆材料预置法主要包括等离子喷涂、火焰喷涂、粘接剂和电镀法四种方法。几种方法都有一定的技术缺陷，因此在实际生产加工中使用的比例比较低，比如说喷涂法不容易控制预置材料的厚度，粘接剂法不好控制材料稀释率，而且会受高温影响，破坏熔覆层的性能。
而同步法则是使用一些先进的仪器设备在激光作用的同时将熔覆材料送到作用区域，同时扫描熔化金属基材和熔覆材料。这种方法工艺简单，可控性比较好，借助先进的设备能够实现自动化操作，提高熔覆材料的利用率和熔覆效果，因此在国内外被广泛使用。
3、激光熔覆与氩弧焊熔覆、焊条电弧焊熔覆的比较分析
激光熔覆、氩弧焊熔覆和焊条电弧焊熔覆这三种熔覆工艺在试样热变形量和熔覆层几何特征方面存在较明显差异。其内在原因是：激光熔覆是激光束辐照放置在基材上的涂层材料。并使涂层材料和基材表面一起熔化的工艺方法。氩弧焊熔覆是以氩气作为保护气体的一种电弧堆焊方法，电弧发生在焊丝和基材之间，在电弧周围通以氩气。形成保护电弧和熔池的连续封闭的气流。焊条电弧焊熔覆是利用焊条与工件间产生的电弧热，将工件和焊条熔化而进行堆焊的工艺方法。这三种熔覆工艺在熔覆层几何特征的形成方面存在一定共性：在激光束或电弧的中部．能量密度大而足以使材料熔化形成熔覆层和熔合区。在激光束或电弧的边缘，能量密度较小，再加上与周边温差大。因此未形成熔覆层而形成热影响区。但上述三种熔覆工艺也存在一定的差异：激光熔覆时激光束辐照区域内能量高度集中。激光熔覆层和熔合区的宽度，占据了热影响区宽度的90％；而氩弧焊熔覆和焊条电弧焊熔覆时电弧区域内能量集中度较小．熔覆层和熔合区的宽度占据了热影响区宽度的71％左右。
4、激光熔覆技术在模具中的应用
4.1锻模表面修复
目前在工业生产中普遍使用5CrNiMo或者5CrMnMo等合金工具钢作为基础材料生产热锻模，这种模具工作环境比较恶劣，长期处于强载荷和高温环境下。因此必须保证良好的耐磨损、耐热疲劳强度和良好的表面强度。在利用激光熔覆技术进行表面强化处理时，一般是选用Cr3C2复合粉作为涂覆材料。具体的激光熔覆过程主要分为五步：首先是对模具的基材进行表面处理，清除油污杂质以及表面毛糙等；第二步是对基材进行升温处理，降低涂覆材料和基材之间的温差，避免熔覆层出现冷缩应力；第三步根据模具情况选择合适的速度进行激光熔覆操作，使扫描速度、送粉量、光斑直径以及激光的功率相匹配，确保激光熔覆层均匀，整个过程迅速准确完成；第四步需要对激光熔覆后的模具进行热处理，消除熔覆产生的应力；最后对表面处理的质量进行检查，确保质量满足工作要求。
4.2激光熔覆效果分析
对模具金属进行激光熔覆处理后，利用显微镜观察熔覆层的断面发现，在凝固过程中，会形成一定的梯度，表层凝固速度比较快，而且会出现一定的树枝组织结构。熔覆层的硬度远高于金属基材，而且硬度分布比较均匀。经过处理的模具在使用过程中，性能良好，能够长时间保持良好的质量，连续2000小时使用不需要进行修理。由此可知，激光熔覆处理是一种比较适用于模具表面处理修复的技术，能够得到优异的组织性能。
5、结语
通过本文分析可知，在模具中应用激光熔覆技术能够有效提升模具的质量，改变模具表面的物理性能，提高模具使用寿命。未来随着模具成型加工产业的不断发展，对于模具质量要求会更加严格，相应的激光熔覆技术的应用也会更加广泛，也会遇到更多更复杂的问题，这就需要模具生产企业不断加强对于激光熔覆技术的研究，制定更加合理的应用方案，进一步提升模具表面质量，更好的满足模具成型加工的要求，促进模具产业的良好发展。
参考文献：
[1]郑文娜，靳兆文，王洪波.激光熔覆焊修复技术的应用研究[J].南方农机，2019，333（17）：45-46.
[2]杜学芸，澹台凡亮，田洪芳，等.典型激光熔覆技术装备及其在矿山机械上的应用[J].热喷涂技术，2019（3）：63-69.
[3]刘颖，董丽虹，王海斗.激光熔覆成型的各向异性表征方法研究现状[J].材料导报，2019（21）：3541-3546.