激光淬火是利用激光将材料表面加热到相变点以上，随着材料自身冷却，奥氏体转变为马氏体，从而使材料表面硬化的淬火技术。
激光熔覆机化工阀门的实验与质量控制
化工阀门是化工管路上控制介质流动的一种重要附件详细原理及结构剖视图参照有关资料书籍阀门由阀体启闭机构阀盖三大部分组成
氨基甲酸铵组合阀阀体及进排液阀板均采用 0Cr18Ni12Mo3Ti 耐酸不锈钢制造阀面研磨后离子氮化处理卧式运行该设备在生产运行中阀体阀板间产生强烈的低频撞击实现阀门的开合甲铵液属强腐蚀性介质加上 200℃ 左右的温度故密封面会因冲击腐蚀等综合作用而造成疲劳和开裂从而导致泄漏泄漏不仅浪费了资源能源和污染环境而且影响设备的生产能力甚至造成停产
由于该组合阀零件密封面凸台太窄小如采用传统的等离子喷焊和火焰堆焊工艺一则变形大二则不好操作采用激光熔覆工艺由于高能激光束热源集中能量密度大作用时间短对基体热影响极小．故能很好地满足加工要求我们在这种阀门狭窄的密封面上用激光熔覆一层钴基自熔性合金大大地提高了密封面的耐高温耐震抗蠕变抗磨损抗腐蚀性能提高了密封面的可靠性安全性减少停机时间使其使用寿命比原氮化处理延长一倍以上在激光熔覆时发现激光作用层内存在大的热应力和开裂倾向是影响其质量的最主要原因特别是对于厚层熔覆裂纹常常难以避免本文将介绍组合阀零件密封面的激光熔覆工艺及试验结果并对熔覆质量和后续加工作了讨论分析
1 试验条件与方法
0Cr18Ni12Mo3Ti 奥氏体耐酸不锈钢制阀体零件如图 1 所示阀体上分布有十几个通孔和盲孔激光熔覆用钴基自熔性合金粉末为 FCo-05化学成分 w（%）为0.25C19Cr29Ni5~6Mo4Si3B2~5Fe余为 Co粘结剂为 2123 酚醛树脂用乙醉稀释调和
试验装置为 HGL-90 型 5kW 横流连续波 CO2 激光器试件由数控回转工作台驱动试件上预涂敷合金粉末层厚度 0.8~2.5mm涂后缓升至 400℃ 后保温 1~2h 进行预热激光熔覆时其功率为 2~3kW扫描速度 3~4mm/s用焦距 600mm 反射镜聚焦聚焦光斑直径 5~8mm若第二次重熔时激光功率 1.7~2.1kW扫描速度不变采用氧乙炔火焰跟踪熔池以补偿热能熔覆后及时于 500℃ 去应力退火随炉缓冷降温
用金相显微镜显微硬度计X 射线衍射仪观察分析熔覆层组织和性能
2 试验结果
FCo-05 合金在 0Cr18Ni12Mo3Ti 基体上激光熔覆后在结合区的形貌激光熔层与基体之间存在一较窄的白亮带这是敷层与基体金属在热源作用下合金交互扩散而形成的固溶结合层表示己形成了良好的冶金结合熔覆层由于冷却速度很快结晶后会获得非常细小的枝晶组织晶粒度达 11 级（YB27-77 标准）
3 分析讨论
3.1 热应力及开裂
试验中在 0.8~2.5mm 涂敷厚度均未发现有气孔现象熔覆层厚度较大时容易开裂激光扫描时即可听到断续的清脆崩裂声且多发生于距熔池后 80~100mm 处即使采用二次扫描重熔也只能消除部分裂纹由于熔覆层合金的膨胀系数与基体金属不一致膨胀系数过大在凝固收缩时产生拉应力拉应力超过了当时温度下材料的抗拉极限强度因而产生了裂纹激光熔覆由于快速加热和速冷（104~106℃/s）熔池寿命很短常使熔层中可能存在的氧化物硫化物和其它杂质来不及释放出来它们存于覆层中很容易成为裂纹源另外熔覆层在瞬间凝固结晶晶界位错空位增多同时热脆性增大塑韧度下降开裂敏感性也就增大覆层越厚以上情况就越明显加大功率密度减慢扫描速度以延长熔池寿命增大能量输入能起到一些好的效果但需适当控制因激光能量密度 P/vL 和激光热线性输入 P/v（P 为激光功率v 为激光扫描速度L 为光束宽度）与稀释度有一定的对应关系P 增大v 减小稀释度必然增大而激光熔覆时要求其稀释度尽可能低（＜10%）在不锈钢和 FCo-05 合金粉末中．钼含量较高Cieslack 等人已证明钼会在不锈钢中形成低熔点 X 相这些多余的低熔点液体可能是不锈钢产生裂纹的原因稀释度的增大基体热影响区增大必然会增大热影响区的开裂倾向这在薄层熔覆己得到了证明故不同厚度的覆层需选用不同的功率密度和扫描速度通过试验同时考虑材料的熔点吸收系数等因素来选择最佳功率密度和扫描速度在预敷粉末层厚度 1.2~2mm 时在熔池后面 50~70mm 处采用氧乙炔火焰对熔覆道跟踪后热以增大热能减小热应力证明是减少裂纹的行之有效的方法
3.2 阀体激光熔覆面平整度的控制
基于熔覆道截面常呈半月形覆于基体及熔覆层深度方向存在硬度落差这一事实为保证后续加工得到足够宽的密封环面及理想的表面硬度应根据试验结果设计合理的工艺尺寸即控制表面加工余量并将熔覆环面宽度适当放宽对于同一平面多圈熔覆熔覆面的平整性就显得至关重要了平整性不好将造成各密封环面宽度不等及环面表面硬度落差过大影响密封副配对以及使用寿命由于尚未提出预敷粉末法激光熔覆截面半径关系式所以对于多圈熔覆一要注意环带凸台宽度一致二要避免基体加工出现凹凸平面三要控制预敷粉末厚度的一致性四要采用相同的激光工艺参数以控制熔覆面平整度小于 0.2mm
3.3 预热及后热的温度控制
预热400~420℃ 保温 1~2h以增大热容量可降低熔覆层冷却速度减小残余应力亦是防止冷裂纹的有效措施
后热500℃ 保温 2h 后随炉缓冷此举是利用熔覆层在高温时屈服强度下降和蠕变现象达到松驰残余应力的目的
预热及后热温度均避开了 500~850℃ 温度范围因 0Cr18Ni12Mo3Ti 如在该范围被二次加热或在该温度范围内缓慢冷却奥氏体中的碳就以碳化铬（Cr3C6）的形式从固溶体中析出使靠近晶界的一薄层固溶体的铬降低到钝化所必需的最低含铬量 12% 以下成为阳极碳化物本身和稍远不缺铬的固溶体为阴极与具有很强晶间腐蚀破坏力的脲液（NH2COONH4＋H2O → NH2COOH+＋NH3H2O）接触形成小阳极大阴极的微电池阳极（晶界临界区域）受到强烈的电化学腐蚀腐蚀沿晶间产生和发展可能在表面上形成裂纹
4 结论
（1）对耐酸不锈钢阀门零件密封面进行激光熔覆加工可加工性好在质量上可以得到无裂纹无气孔和无夹渣等缺陷并与基体形成可靠冶金结合的熔层其熔层组织细密强度韧性硬度高该工艺还可加工复杂表面熔层厚度达 2mm根据资料对比显示熔层晶粒度分别比等离子喷焊火焰堆焊晶粒度高 2~3 个等级硬度分布均匀性也得到相应提高
（2）激光熔覆化工阀门时应充分考虑材科结构形状热处理性质等因素设计合理的激光工艺参数工艺尺寸和预后热温度以取得理想的表面改性效果
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