论文导读：J.Powell提出的传热计算模型只简单地给出了进行激光熔覆所需功率的大致范围。激光工艺参数：功率W取850、900、1000。形成比较完善的有应用价值的修复K418涡轮导向器的新工艺。
关键词：激光熔覆，镍基高温合金，涡轮导向器，工艺参数，微观形貌
1 引言高温合金尤其是镍基铸造合金广泛应用于航空发动机零部件的制造，某型起动发动机涡轮导向器即由镍基合金K418整体铸造而成。涡轮导向器的常见失效形式为：裂纹、缺损、过烧、变形。由于镍基合金价格昂贵，损坏的涡轮导向器如果一次性报废，势必造成极大的浪费，因此用修复代替更换可以节约大量资金，带来非常可观的经济效益和军事效益。由于喷涂技术，涂层与工件是非冶金结合或只部分冶金结合，结合强度低，涂层易剥落；堆焊修复技术所获得的修复层热影响区大，工件内应力和变形较大，易产生裂纹，均不适合在涡轮导向器修复中应用。激光熔覆技术具有组织快速冷凝的典型特征；热影响区较小，涂层稀释率低，与基体呈冶金结合；可在低熔点金属表面熔覆高熔点金属等优点[1]。近几年，对于其它材质的涡轮导向器，一些研究机构也将激光技术作为修复措施之一。本文对损伤的K418涡轮导向器的激光熔覆修复工艺进行了有益的探索。由于CO2激光器功率大，修复效率高，因此拟定首先进行CO2连续激光熔覆修复试验，以期与后续进行的YAG脉冲激光熔覆等其它修复试验加以比对，提供理论参考。
2试验条件2.1基体材料基体材料为镍基高温合金K418，其化学成分(质量分数，%)为：C0.08～0.16，Cr11.5～13.5，Ti0.5～1.0，Fe1.0，Mn0.5，Al5.5～6.4，Si0.5，Nb1.8～2.5，Zr0.06～0.15，Mo3.8～4.8，B0.008～0.02，余为Ni。试样用阴极射线从涡轮导向器上切下，经100号粗砂纸打磨，再用丙酮清洗试样表面、干燥以脱脂。
2.2 熔覆材料的选取
在考察熔覆材料、扫描速度、激光功率、离焦量和基材等因素对裂纹敏感性的影响时，发现熔覆材料的影响排在首位。熔覆层材料的选择是否适当，将直接影响到熔覆层的使用性能及熔覆工艺。熔覆材料设计的一般原则是：熔覆材料与基材的线膨胀系数、热导率和熔点等物理性质应该接近。免费论文参考网。据此原则，GH3044作为熔覆层材料。[2]
GH3044的化学成分(质量分数，%)为：C≤0.10，Cr23.5～26.5，Ti0.30～0.70，Fe≤4.00，Mn≤0.50，Al≤0.50，Si≤0.80，Mo≤1.50，W13.0～16.0，P≤0.013，S≤0.013，余为Ni。
参照GH3044各元素所占的质量分数，并参考各元素在合金中所起的作用，配制熔覆粉末，化学成分(质量分数，%)为：C0.10，Cr25，Ti0.50，Fe4.00，Mn0.50，Al0.50，Si0.80，Mo1.50，W15，余为Ni。
2.3 试验设备及检测设备
试验用横流、管板式、多模连续CO2激光器，其波长为10.6μm，最大输出功率为2KW。采用光电天平秤取熔覆粉末各组分。采用4XB-TV金相显微镜观察试样的微观组织形貌。
2.4 工艺参数设计
影响熔覆层质量的主要因素除了材料成分参数，还有工艺参数。免费论文参考网。对CO2激光器，工艺参数主要包括激光功率，工件上的光斑直径D（离焦量h），激光扫描速度V（或光束作用时间）和熔覆粉末厚度等。根据CO2激光熔覆的特点，激光功率P和扫描速度V是影响熔覆质量的主要因素，激光功率过大过小，扫描速度过快过慢，直接影响熔覆效果的优劣，需重点确定。但由于CO2激光器基本都是大功率，本试验条件下，激光器的最大输出功率为2KW，因此具体试验功率的选取范围太大，如果无理论依据，随便选定一个数值摸索试验，必会大大延长试验的进程。
2.4.1 确定激光功率
由于J.Powell传热计算模型以预置涂层为绝热层作基础，其计算方法对于使用粘结剂和合金粉末预置层比较适合，因此功率选取范围是800~2000W。但J.Powell提出的传热计算模型只简单地给出了进行激光熔覆所需功率的大致范围，因此试验中激光功率还需要参照图1来确定。
图1 各种激光加工方法的工艺参数
Fig.1Craft parameters of various laser processing methods
对于激光熔覆工艺特点，激光的作用时间大约在10-3～10-1s，激光功率密度Q在104～107W/cm2。
根据激光功率 P=Q (πD2/4)
求得P1=104π（2/2）210-2=314W
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