激光熔凝工藝參數(shù)對(duì)304不銹鋼管熔凝層的影響有哪些

 熔凝層宏觀尺寸是激光對(duì)金屬材料改性性能的主要指標(biāo)。下面分別研究采用常溫空氣冷卻熔凝層和冰水快速冷卻熔凝層，其激光功率、激光掃描速度對(duì)熔凝層寬度及熔凝層深度的變化情況。這一研究數(shù)據(jù)也為后續(xù)在制備拉伸試樣時(shí)，選擇激光功率及激光掃描速度范圍提高了一個(gè)參考基礎(chǔ)，即選擇合理的激光功率及激光掃描速度，使其形成的熔凝層寬度要適合設(shè)計(jì)的拉伸試樣寬度。圖是304不銹鋼管激光熔凝層的熔寬和熔深隨激光功率改變的變化曲線圖。從變化曲線容易得知，當(dāng)激光掃描速度一定時(shí)，常溫空氣冷卻熔凝層和冰水快速冷卻熔凝層的這兩種不同處理方式獲得的熔凝層熔寬和熔深均與激光功率成正比。因?yàn)楫?dāng)激光熔凝的其他參數(shù)一定時(shí)，輻照在不銹鋼表層上的能量密度隨著激光功率的增加而增加，其單位面積吸收的能量就越多，從而形成的熔池就會(huì)又寬又深。激光熔凝層寬度及深度會(huì)隨激光功率在理想的范圍內(nèi)提高而增加，也會(huì)受冷卻條件的影響。就圖整體來(lái)說(shuō)，同一激光功率下，采用冰水冷卻的方式，使得熔凝層宏觀尺寸略小于空氣冷卻的。

 圖是激光功率P=3600W時(shí)，304不銹鋼管激光熔凝層的熔寬和熔深隨激光掃描速度的變化曲線圖。由曲線的變化趨勢(shì)可知，當(dāng)激光功率一定時(shí)，經(jīng)兩種處理方式所形成不同的熔凝層寬度及深度與激光掃描速度均成反比。這一現(xiàn)象的出現(xiàn)是因?yàn)楫?dāng)激光掃描速度增加，不銹鋼受到的激光輻照時(shí)間相應(yīng)變短，能量密度就減小。接受輸入的能量越少，表面溫升越低，不銹鋼表面溫度所能達(dá)到其熔點(diǎn)的深度就越小，從而形成的熔池形狀變小，即熔凝層寬度、深度越小，反之亦然。

 從曲線圖還可得知，在同一激光掃描速度下，熔凝層受到不同的冷卻效果，所形成的熔凝層寬度和深度不一樣，故采用冰水冷卻對(duì)熔凝層的宏觀尺寸會(huì)有一定的影響。冰水冷卻形成的熔凝層其宏觀尺寸變化幅度比空氣冷卻時(shí)要大些。冰水冷卻所形成的熔凝層，其熔寬、熔深都比空氣冷卻的要寬、要深。造成這一結(jié)果的主要原因可能是由于激光輻照時(shí)，用冰水冷卻可以加快其熱量的傳遞，更充分有效的利用了能量，讓熱量傳導(dǎo)得更遠(yuǎn)；形成了相反的結(jié)果，即空氣冷卻得到的熔凝層稍微比冰水冷卻的既要寬一些又要深一些。這可能主要是由于激光束與不銹鋼表面作用時(shí)間短，凝固速度相對(duì)比較快，熱量來(lái)不及向遠(yuǎn)處傳遞就已經(jīng)凝固了，又冰水冷卻加速了熔池的凝固，有抑制熱量遠(yuǎn)傳的效果。

 1. 激光表面熔凝處理后的304體不銹鋼管表層顯微組織與結(jié)構(gòu)有著顯著的變化，組織得到高度細(xì)化，均勻致密，而且用加快熔凝層的冷卻凝固速度的冰水快速冷卻方式所形成的凝固組織細(xì)化程度更高。

 2. 采用常溫空氣冷卻和冰水快速冷卻所形成的熔凝層，其凝固特征相似，熔凝層組織均呈現(xiàn)出明顯的梯度現(xiàn)象，具有定向凝固的特征。

 3. 激光表面熔凝處理對(duì)304不銹鋼管的化學(xué)成分分布影響不大。

 4. 在其他條件一定的情況下，在一定范圍內(nèi)提高激光功率或減小激光掃描速度可以增大熔凝層的宏觀尺寸。不同的激光表面熔凝工藝參數(shù)對(duì)成型的熔凝層宏觀表面質(zhì)量有很大的影響。