高速激光熔覆是提高熔覆工作效率的最佳途径

激光熔覆已被广泛用于金属表面的修复改性，但传统激光熔覆工作效率较低（比如4000W半导体激光器的正常熔覆效率为0.25m²/h），不能满足大规模的生产加工需求。为了提高熔覆工作效率，人们不得不不断地提高激光器的功率，使用了6000W、8000W甚至10000W的激光器。值得注意的是，增大激光器的功率，一般情况下，并不能同比例地提高熔覆线速度，只能靠增大聚焦光斑尺寸来提高熔覆效率，比如将2×12的聚焦光斑增大为2×20或2×30的聚焦光斑。实际的应用表明，单纯靠增大激光器的功率来提高熔覆效率的结果并不理想，如下图所示。

图1. 不同功率的半导体激光器的熔覆效率

从图1的数据可以看出，6kW激光器每小时的熔覆面积为0.5m²，比4kW激光器每小时熔覆面积增加0.25 m²， 但8kW激光器比6kW激光器每小时熔覆面积仅增加0.15 m²，10kW激光器比8kW激光器每小时熔覆面积仅增加0.10 m²。随着功率的增大，效率增加效应递减。因此，靠增加激光器的功率来提高工作效率的做法，不是一个有效、经济的做法。而且，激光器功率的不断提高，会引起其他副作用。比如，随着激光功率的增加，基体的热输入量增大，基体表面温度升高，基体变形和熔覆层开裂现象会加剧。另外，增大功率，会增加熔覆层深度，稀释率也会因此增大，所以必须增大熔覆层厚度，造成熔覆材料的浪费。

为了提高激光熔覆的工作效率，必须另辟它径，寻求更有效、更先进的技术。这一技术便是：高速激光熔覆。高速激光熔覆通过改变激光与金属粉末的作用过程，使得金属粉末在到达熔池之前充分吸收激光能量（普通熔覆时基体和粉末对激光能量的吸收比例分别为80%和20%，高速熔覆时基体和粉末对激光能量的吸收比例分别为20%和80%）。 通过对激光能量吸收比例的改变，使得熔覆的线速度达到了几十米每分钟，极大地提高了熔覆工作效率。另外由于高速熔覆的搭接率高达70%-80%(普通熔覆的搭接率为30%-50%)，一方面，使得高速激光熔覆的稀释率极低（约为1%左右），而普通熔覆的稀释率为5%-15%。另一方面，使得熔覆层表面非常平整，达到了热喷涂相同的效果，如下图所示：

图2. 中科中美高速激光熔覆层表面粗糙度达到喷涂效果

西安中科中美是我国首家推出高速熔覆激光器设备的高科技公司。其推出的系列高速熔覆激光器已被国内多家客户使用。根据客户的反馈数据，中科中美的4000W高速熔覆激光器的具体工作参数及特点如下：

1. 熔覆速度：在熔覆厚度0.2-0.5mm时，熔覆效率每小时0.7-1.2平方米；

2. 熔覆厚度：根据需求，可实现熔覆厚度0.2~1.2mm；

3. 熔覆表面：熔覆表面平整，达到热喷涂的效果；

4. 稀释率：~1%左右；

5. 结合强度：冶金结合，结合强度可高达360MPa；

6. 可用于高熔点、高硬度粉末的熔覆；

7. 可用于铜、铝等有色金属的熔覆。
理论与客户的实际应用表明，采用高速激光熔覆是提高熔覆工作效率的最佳途径！