而激光堆焊過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)是可以形成一個(gè)具有復(fù)合功能結(jié)構(gòu)、低稀釋率、焊接變形小的堆焊層，且通過(guò)快速加熱和冷卻的堆焊過(guò)程容易獲得優(yōu)質(zhì)而耐磨的堆焊層。另外，通過(guò)優(yōu)化激光加工參數(shù)（如離焦量、焊接速度及送粉量等）可以靈活地控制堆焊層的稀釋率，以滿足使用性能的要求。因此，近幾年，在制造領(lǐng)域，激光表面堆焊技術(shù)已經(jīng)得到了迅速發(fā)展。日本汽車工業(yè)已將激光堆焊技術(shù)應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)出氣門和氣門座圈的制作，而日本核電行業(yè)已將激光堆焊技術(shù)應(yīng)用于成套設(shè)備的閥門零部件的生產(chǎn)。由于激光光束能量密度高且熱量容易控制，所以對(duì)零部件的精密堆焊及薄板件的堆焊尤為適用。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材質(zhì)

蒸汽發(fā)電機(jī)葉片外形如圖1所示。試驗(yàn)葉片材質(zhì)為SUS403不銹鋼，其化學(xué)成分為w(C)=0.15%; w(Si)=0.5%; w(Mn)=1.0%; w(=)0.030%; w(P)=0.040%; w(Ni)=0.60%; w(Cr)=13%; 余量為Fe。堆焊采用合金粉末（尺寸為58μm～212μm）作為鈷基合金司太立6#（Stellite-6），其化學(xué)成分為w(C)=1.1%；w(Cr)=28.3%；w(Si)=1.3%；w(W)=4.3%；w(Ni)=1.6%；w(Fe)=2.0%；余量為Co。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

激光堆焊頭部位如圖2所示。熱源采用額定功率為4 kW 的半導(dǎo)體激光器（德國(guó)LASERLINE制造LDF-4000型）。送粉器采用TWIN10-SPG（Sulzer Metco Ltd制造）。利用Ar作為送粉氣體，將Stellite-6粉末輸送到堆焊區(qū)。送粉速度的調(diào)節(jié)是通過(guò)送粉器圓盤旋轉(zhuǎn)速度的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，圓盤旋轉(zhuǎn)越快則送粉量越多^[9]，本文采用了側(cè)向送粉方式，其中送分頭噴嘴直徑為2.0mm。通過(guò)專用夾具，將葉片夾持在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上。堆焊時(shí)，通過(guò)堆焊頭和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的合成運(yùn)動(dòng)完成葉片的堆焊制造。

1.3 工藝參數(shù)

激光堆焊時(shí)，需要對(duì)葉片進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱和保溫。激光輸出功率為2.4 kW，堆焊速度為1 m/min，離焦量為+10 mm，送粉量為16.6 g/min，保護(hù)氣體（Ar）流量為30 L/min，送粉氣體流量為4 L/min，堆焊層搭接率為50%。另外，堆焊后需要立即對(duì)葉片進(jìn)行適當(dāng)熱處理。在葉片上共計(jì)堆焊兩層，第一層堆焊層的尺寸約為122 mm×13 mm×1 mm，而第二層尺寸約為112 mm×12 mm×1 mm。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

     通過(guò)對(duì)蒸汽發(fā)電機(jī)葉片激光堆焊層各項(xiàng)性能指標(biāo)的分析，可得出如下結(jié)論：

    1）激光堆焊第一層和第二層交界處依次可觀察到胞狀晶生長(zhǎng)、樹枝狀晶生長(zhǎng)和等軸晶生長(zhǎng)；由于受到二次加熱的影響，熱影響區(qū)（HAZ）內(nèi)依次可以觀察到熔合區(qū)、粗晶區(qū)、混合晶粒區(qū)和細(xì)晶區(qū)。

2）堆焊層的顯微組織為亞共晶組織，其初晶相由富Co的γ奧氏體組成；而共晶組織由富Co的γ奧氏體和復(fù)雜的碳化物（Cr₂₃C₆、Co₃W₃C、CoC_x和 WC 等）組成。

    3）激光堆焊后，蒸汽發(fā)電機(jī)葉片的平均硬度提高了兩倍，一方面是由于堆焊層中存在碳化物硬質(zhì)相，另一方面歸因于激光堆焊加熱和冷卻速度快，使得堆焊層組織細(xì)小，產(chǎn)生了細(xì)晶強(qiáng)化作用。

    4）堆焊層中含有大量復(fù)雜的碳化硬質(zhì)相，不僅提高了葉片的硬度，同時(shí)使得堆焊后葉片的耐磨性能相對(duì)于母材的耐磨性能提高了7倍。