[发明专利]激光修复金属铸件表面缺陷工艺

说明书

本发明属于激光快速熔凝修复金属铸件表面缺陷的工艺。

金属铸件在机械工业中占有很重要的地位。在一般机器设备中，金属铸件占其总重量的40-90%。其中应用最广泛的是铸铁件。金属铸件在铸造过程中，存在缩孔、疏松、气孔、砂眼、渣眼、热裂、冷裂等缺陷。这些缺陷常出现在铸件表面及其附近的局部区域。经机械加工后，金属铸件表面附近的缺陷会暴露在机加工面上。严重者将导致金属铸件报废。

目前，国内外采用氧乙炔气焊法、金属弧焊法、自动电弧法、埋弧法、液相过渡焊法修复金属铸件的表面缺陷。上述修复技术在于其热源能量密度低，加热面积大，焊补钎料与基体成分相异，从而导致修复处的热影响区大，容易变形，修复区的硬度与基体硬度之差值较大，不能修复任意形状的金属铸件，因此，它们的应用受到很大局限。

本发明旨在发明一种修复金属铸件表面缺陷的工艺。它具有修复件无变形，其热影响区极小，修复区与基体的成分和硬度相近，适合各种形状和金属材料铸件的特征，从而大幅度减少金属铸件的报废率。

本发明的技术方案是利用强激光快速加热金属铸件的表面缺陷处的基体材料和其上的修复材料，使其快速熔合;再用强激光快速加热金属铸件的熔合区，使该修复区与其基体的硬度基本一致。

实现激光修复金属铸件表面缺陷的工艺是由在金属铸件的每一表面缺陷处复盖一层修复材料，强激光首次扫描时在该修复材料复盖层上的定位，用强激光扫描使金属铸件的表面缺陷处的基体材料与其上的修复材料快速熔合，对其熔合区再次用强激光扫描组成。其具体工艺是：

去除金属铸件的表面缺陷处的油污。选用汽油、煤油、无水乙醇，其中任一种在室温下去油。时间1-5mm。

在金属铸件1的每一表面缺陷3处，复盖一层修复材料2。它由与该铸件成分相同的粉末材料和添加材料，按前者70-100%，后者30-0%混合而成。添加材料是3∶3∶2∶2的Si、Al、Fe、C的粉末混合物。每一复盖层应高出该表面缺陷所在的铸件表面10^-2-10mm。复盖层的边缘线上的每一点在该表面缺陷的相应的边缘线上的点以外10^-1-10mm处。

将金属铸件1放在激光加工机床的工作面9上。启动He-Ne激光器5，移动激光加工机床的工作面，使He-Ne激光束4对准以修复材料复盖层的边缘线上的某点为中心的边缘线左右0.1-1.0mm的范围内，该点是强激光的扫描起点，它应有利于强激光扫描。

当强激光的光斑面积能复盖一个表面缺陷的修复材料复盖层时，采用强激光的一次扫描。当强激光的光斑面积不能复盖一个表面缺陷的修复材料复盖层时，采用强激光2-50次扫描。多次扫描时，后一扫描带应与前一扫描带重叠0.01-10mm，直至扫描完为止。当金属铸件上的表面缺陷小而密时，处理为一个大表面缺陷。根据每一表面缺陷的深度，当其深度为0.01-0.80时，采用强激光一次扫描;当其深度为0.81-50mm时，采用强激光1-10次的重复扫描。

启动输出功率连续可调的强激光器6，使强激光7通过光束处理系统8，直接对准He-Ne激光在该铸件上的修复材料复盖层边缘的指示点，从此点开始扫描。通过强激光快速扫描，使表面缺陷快速熔合。其强激光功率10²-10⁵W，扫描速度10^-5-10⁵mm/sec，光斑面积10²-10⁴mm。

用强激光再次对金属铸件熔合区进行快速扫描。通过强激光的再次扫描，使金属铸件的修复区的硬度与其铸件材料的硬度之差在0-±HV20范围内。其强激光功率10²-10⁵W，扫描速度10^-5-10⁵mm/sec，光斑面积10²-10⁴mm²。

本发明的原理是利用强激光的相干性，让聚焦激光直接作用在金属铸件的表面缺陷上的修复材料处，实现快速加热，快速熔合，快速调整硬度差。