激光熔覆常见缺陷及解决方案

激光熔覆过程中常见的缺陷主要包括 裂纹、气孔、夹杂、稀释率过高、成形不良、剥离 等。以下从机理、表现、原因及改善方法说明。

① 裂纹（Cracks）

1. 表现

熔覆层出现纵向或横向开裂

微裂纹沿组织分布

裂纹贯穿至基材，严重影响结合强度

2. 形成原因

基体与熔覆材料膨胀系数不匹配 → 热应力集中

冷却速度过快，温差大

稀释率过高，组织脆化（Fe、C 等过高导致脆性相）

硬质颗粒比例过高（WC、TiC 等）

氧化、夹渣导致组织变脆

3. 解决方案

基体预热（100–350°C） 降低温度梯度

降低能量密度（减少功率、加快扫描速度）

选择相容性更好的 Ni 基粉末

控制硬质颗粒含量（如 WC ≤ 30–50%）

优化轨迹，减少热积累

保护气充分，减少氧化

② 气孔（Porosity）

1. 表现

熔覆层内部呈现圆形、椭圆形孔洞

表面出现针孔、缩孔

力学性能下降、致密性变差

2. 形成原因

粉末吸潮或含氧高

基材表面未清理干净（油污/锈蚀/水分）

保护气不足或紊乱导致氧化膜形成

能量密度不足，熔池不够深

冷却过快，气体来不及析出

3. 解决方案

粉末烘干（110–150°C / 2–4 小时）

基材彻底清洁（打磨＋除油＋除锈）

使用 ≥99.99% 高纯氩气，优化喷嘴角度

适当提高功率或降低速度，提高熔深

控制冷却速度，提高排气时间

使用高品质雾化粉末（低含氧、球形度高）

③ 夹杂（Inclusions）

1. 表现

熔覆层中出现黑色或金属异物

组织不均匀、硬度波动大

2. 原因

粉末含杂质（氧化物、金属杂质）

保护气不足导致氧化

基材表面未清理干净

粉末供送不稳定

3. 解决方案

使用高纯粉末，避免氧化粉和渣粉

提升保护气流覆盖范围

清理基材表面

保证送粉均匀稳定

④ 稀释率过高（Excessive Dilution）

1. 表现

熔深过大，基材大量融入熔覆层

组织脆化、硬度下降

合金化效果降低

2. 原因

激光功率过高

扫描速度过慢

光斑尺寸过小导致能量集中

单道熔覆过深

3. 解决方案

降低功率 / 提高扫描速度

使用合适光斑尺寸（加宽光斑）

多道薄层熔覆

调整焦点位置减小能量密度

⑤ 成形不良（Poor Coverage / Melt Track Issues）

1. 表现

表面波纹大、起伏不均

塌陷、挂渣、堆高不足

熔道间堆焊不均匀

2. 原因

扫描速度与送粉量不匹配

能量不足

粉末偏析

光斑不均或焦点位置偏离

3. 解决方案

调整粉末送粉量与扫描速度

提高功率或调焦至位置

保证送粉均匀

调整光斑形状或使用摆动焊头改善成形

⑥ 熔覆层剥离（Delamination）

1. 表现

熔覆层与基材整体分离

结合强度低，敲击脱落

2. 原因

基材表面氧化、油污

稀释率太低，未形成冶金结合

保护气不充分

粉末质量差

基体未预热导致应力集中

3. 解决方案

加强表面预处理

确保冶金结合（适当提高能量）

使用高纯保护气

使用可靠粉末

必要时预热基材

总结：激光熔覆缺陷与解决方案一览表