10kW连续输出半导体激光熔覆光源

针对于目前国内半导体激光加工熔覆光源主要依赖于国外进口的局面,研制了连续输出功率达10kW的半导体激光熔覆光源。利用ZEMAX光学设计软件模拟半导体激光光路,包括光束整形、准直及聚焦透镜的设计等。实验中采用2只波长为915nm和2只波长为976nm的半导体激光叠阵,通过偏振合束和波长合束技术实现它的合束。由自行设计的聚焦系统进行了聚焦实验,结果显示,当模块工作电流为122A时,光源最大输出功率为10 120 W,电-光转换效率为46%,在工作面的聚焦光斑为2.5mm×18mm,可满足工业中大面积高速激光熔覆和表面热处理的要求。

10kW级直接输出半导体激光熔覆光源的研制与热效应分析

针对目前工业领域对激光熔覆、激光热处理的应用需求,研制了10kW级直接输出半导体激光熔覆光源。采用半导体激光叠阵为单元器件,将偏振合成技术和波长合成技术相结合,将2只915nm和2只976nm半导体激光叠阵进行合成,当工作电流为122A时,最大输出功率达到10120W,电-光转换效率为46%。实验中还对光源内部的易损光学元件的热效应进行了模拟分析并设计有效的散热结构,使其最高温度从442.2K下降到320K,同时对应的热应力从75.4MPa下降到14MPa,大幅提升了激光光源的可靠性。

半导体激光熔覆钴基合金的组织与性能研究

采用2 k W半导体激光器在304不锈钢表面进行同轴送粉的激光熔覆Co基合金试验,以提升其表面性能,解决失效问题。通过光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪研究了熔覆层的显微组织和相结构。采用显微硬度计、摩擦磨损试验机和气蚀装置测试了熔覆层的显微硬度、耐磨性与抗气蚀性。结果表明,Co基合金熔覆层组织均匀、致密,与基体结合良好,没有微观裂纹与气孔等缺陷。熔覆层组织主要由初生γ-Co枝晶固溶体及其间的共晶组织组成,其主要组成相为γ-Co、Fe Ni固溶体、Co Cx和Cr23C6等碳化物。熔覆层最高显微硬度为484 HV0.2,平均显微硬度为474 HV0.2,较基体提高2倍以上;熔覆层的平均摩擦系数和磨损量分别为基体的50.8%和29.2%;熔覆层的抗气蚀性能较基体提高了2.7倍。

大功率半导体激光熔覆高速钢研究

使用2kW半导体激光在工具钢表面熔覆高速钢粉末。在同轴送粉的粉末汇聚点与激光的聚焦点可获得无裂纹的熔覆层。随着激光功率的增加,熔覆层厚度和粉末利用率增加,同时基体对熔覆层的稀释率下降。获得的熔覆层的硬度达到800Hv0.3,基体硬度200Hv0.3,表明大功率半导体激光在表面熔覆领域具有很好的应用前景。

半导体激光熔覆Ni包B4C涂层的组织与性能

在304不锈钢表面采用半导体激光熔覆制备Ni包B_4C涂层,研究激光加工参数对涂层的组织形貌、物相组成、硬度和耐磨性能的影响。结果表明,当激光功率为3 k W和扫描速度为6 mm/s时,熔覆层无气孔、无裂纹,与基体呈冶金结合;熔覆层的显微组织为枝晶共熔体和再生的二次枝晶,熔覆层的主要物相由γ-Ni,Ni_4B_3,Fe_3C,B_4C,B_(13)C_2,Cr_3Ni_2,(Fe,Ni)23C6和Fe_(23)(C,B)_6等组成;熔覆层具有较高的硬度(平均值为900 HV_(0.2)),耐磨性是基体的7.6倍,硬度和耐磨性的提高归因于熔覆层中未完全熔解的B_4C颗粒以及新形成的强化相和硬质相。

半导体与CO_2光斑模式下激光熔覆工艺

为了研究不同光斑模式的激光热源熔覆镍基合金效果的差异,分别采用矩形大光斑半导体激光与圆形小光斑CO_2激光在Q235低碳钢表面上进行镍基合金单道熔覆试验。通过相同条件下单道熔覆试验,对比分析不同光斑模式的激光获得的熔覆层尺寸、稀释率以及成形系数随激光功率及扫描速度的变化;还分析了矩形大光斑半导体激光热源与传统圆形小光斑CO_2激光热源的差异。结果表明,在相同工艺参数下,矩形大光斑半导体激光获得的熔覆层尺寸、稀释率及成形系数明显优于传统CO_2激光。

40Cr刀具表面激光熔覆WC/Co50复合涂层的微观组织及其磨损性能

通过6 k W横流CO2激光器在40Cr钢表面激光熔覆了不同成分配比的WC/Co50复合涂层。运用金相光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM),能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)等表征手段分析了涂层结合区形貌、显微组织和物相组成,测试了复合涂层的显微硬度和磨损性能。结果表明,外加的WC颗粒在高能激光束作用下大部分发生溶解,涂层主要由碳化物WC、W2C、(Cr,Fe)7C3和M6C及Fe-Cr固溶体等物相组成。涂层中组织结构比较复杂,出现了树枝状初晶、包状过共晶,枝晶间共晶和硬质相颗粒。WC/Co50熔覆涂层的最大显微硬度位于涂层次表面,其最大平均显微硬度为基材的1.93倍,且随着深度的增加逐渐降低。相同磨损条件下,复合涂层的磨损失重仅为基材的13.3%。

温度场监控下高功率半导体激光熔敷钴基合金涂层

采用3.5 kW半导体激光器在42CrMo4表面熔覆了钴基合金(Stellite 6)涂层,利用光学显微镜和显微硬度仪表征了涂层的微观组织和硬度分布,研究了监控熔覆过程中的熔池温度场对涂层的微观结构和显微硬度的影响。结果表明:基于熔池温度场拍摄并调整激光器输出功率的熔池大小闭环监控的工艺可实现对钴基合金涂层的稀释率以及结构与性能的调控;当送粉量为22.6 g/min、熔覆速率为1 m/min时,基于熔池温度场监控的工艺调整实现了近零稀释率的钴基合金涂层的熔覆,所需激光功率仅为1.5 kW;涂层与基体形成良好的冶金结合,组织致密,主要由平面晶、胞状晶、树枝晶和等轴晶构成,晶粒细小,显微硬度达到HV600。

40Cr模具钢激光熔覆层组织及性能分析

利用半导体激光器在40Cr模具钢表面熔覆铁基合金,通过XRD分析了熔覆层形貌、显微组织和物相组成,测试了复合熔覆层的显微硬度和磨损性能,为在40Cr模具钢表面制备优质合金熔覆层提供试验依据。结果表明,在选择适当的激光熔覆工艺条件下,制备的复合熔覆层表面形貌良好,平整连续且无宏观裂纹。

半导体激光熔覆技术在矿用设备再制造中的应用探讨

高功率半导体激光器具有体积小、轻便灵活、电光转换效率高、能量分布均匀、与材料交互作用的吸收率高、能实现温度-功率闭环控制等特点,因此,新型半导体激光器可直接用于矿用设备复杂工件表面的再制造,具有无污染、易操控、高柔性、硬度均匀、强韧性好、变形小、耐磨性高,后续加工量小等特点。

20Cr13不锈钢表面激光熔覆M2涂层性能分析

采用激光熔覆技术在20Cr13基体表面制备M2涂层,利用超景深显微镜、光学显微镜、XRD以及维氏硬度仪对M2涂层的宏观形貌、微观组织、物相组成和显微硬度进行分析,利用电化学工作站测量M2涂层和20Cr13基体的Tafel曲线以及腐蚀形式。研究结果表明:涂层的主相是α-Fe和碳化物硬质相(M_(23)C_(6)和M_(7)C_(3)),与基体形成良好冶金结合。涂层的硬度均值在729.5 HV,是基体硬度均值的3.8倍。基体的自腐蚀电位最大,自腐蚀电流密度最小,涂层的耐腐蚀性比基体的差;涂层的腐蚀形式以点蚀和晶间腐蚀为主,基体以孔蚀和晶间腐蚀为主。

12Cr钢表面激光熔覆1Cr0.5Mo合金组织与性能研究

12Cr钢因其具有优异的高温蠕变强度及良好的抗蒸汽氧化能力,在超超临界机组中得到了广泛应用。为保证轴颈区域的耐磨性,需在其表面制备1层1Cr0.5Mo合金,但常规的埋弧焊等工艺易产生微裂纹等缺陷。文中采用激光熔覆工艺,在12Cr钢表面熔覆1Cr0.5Mo合金,并针对熔覆层的组织及性能进行研究,通过对激光熔覆试样进行成分分析、PT试验、微观金相观察、硬度测试和拉伸试验,初步验证了激光熔覆技术在保证12Cr钢表面耐磨性能方面的可行性。

半导体激光熔覆成形过程的特征行为检测与分析

为检测半导体激光熔覆动态成形过程,搭建了基于高速摄像的熔覆成形过程采集系统,进行了不同工艺参数下的半导体激光熔覆实验。通过分析采集到的照片提取了该过程存在的典型特征行为,并分析了工艺参数对不同特征行为的影响规律。结果表明:一个完整的熔覆成形过程存在4个典型的特征行为:①粉末粘结出现颗粒团聚物;②出现直径较小的液态金属小球;③直径较小的液态金属小球汇集形成更大尺寸的小球;④更大尺寸的小球润湿铺展形成熔覆金属。激光功率的提高显著降低了特征行为③的持续时间,离焦量增大对4个特征行为的持续时间均有提高作用,粉末粒径大于300目时可显著降低各特征行为的持续时间。

德国DILAS全面启动国内高功率半导体激光器激光熔覆和激光硬化战略

DILAS中国历经3年的市场培育和准备,目前全面启动国内高功率半导体激光器激光熔覆和激光硬化战略。3年来,德国DILAS通过和多家国内领导型激光熔覆和激光硬化企业合作,根据客户要求不断提升产品设计和功能。现在,DILAS高功率半导体激光器系统产品结构、

大功率半导体激光熔覆技术的应用

激光熔覆加工被应用于诸多行业，以提高金属部件的表面特性或对已经磨损的零部件进行表面处理。

一种带键槽圆轴的半导体激光熔覆方法

该发明提供了一种带键槽的圆轴的半导体激光熔覆方法，既能修复失效的轴类零件，又能有效的保护键槽。包括以下步骤：步骤一，对圆轴和键槽进行预处理，所述键槽内放置与所述键槽配套的铝键，获得表面轮廓一致的待熔覆表面：步骤二，采用半导体激光束，对所述待熔覆表面进行激光熔覆，获得过渡层：步骤三，去除所述过渡层表面氧化物，对所述过渡层进行激光熔覆，获得熔覆层；步骤四，从所述键槽中取出所述铝键。

40CrNiMoA钢表面激光熔覆铁基合金的组织及力学性能研究

利用激光熔覆技术在40CrNiMoA钢表面制备铁基合金熔覆层。利用显微硬度计测试熔覆层的硬度;利用万能力学实验机进行拉伸实验,测试了熔覆层的力学性能;利用SEM观察熔覆层表面及断口的显微组织。结果表明:激光熔覆铁基合金组织表面平整光滑、无气孔、无裂纹,具有金属光泽,与基体形成良好的冶金结合。熔覆层表层到底部的显微组织依次为等轴晶、树枝晶和柱状晶,激光熔覆层的整体硬度均高于基体。熔覆层的抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为990 MPa、693 MPa、18.2%,断口呈现大量韧窝,实现了强度和塑性的同步增强。40CrNiMoA钢表面熔覆铁基合金组织能够有效地改善力学性能,以达到延长其使用寿命的目的。

40CrMo齿轮钢表面激光熔覆0.60C-15.25Cr-1.85Mo粉末工艺及其组织和性能

基于"光束中空,光内送粉"技术对40CrMo钢(/%:0.40C,1.20Cr,0.25Mo)进行表面激光熔覆铁基合金粉末(/%:0.60C,15.25Cr,1.11Si,1.85Mo)以提高硬度,获得更加理想的耐磨性能。40CrMo钢硬度HV_(0.2)值为250,激光熔覆后表面硬度HV_(0.2)值为500。对基体的进行200℃预热处理有利于获得更加良好的冶金结合,其基体的热影响区和结合区也相对较小。由于较大的温度梯度造成的快速冷却和合金化共同影响的结果,试样结合区硬度高于激光熔覆层其他区域。

半导体大光斑激光粉末熔敷成形特征

半导体大光斑激光具有光电转化率高、功率密度高等优点,是用于表面熔覆的理想热源。为了研究半导体大光斑激光作用下合金粉末的熔化及铺展成形特点,在Q235钢基体表面进行Fe35合金粉末工艺试验。对比半导体大光斑与小焦点CO_2激光的熔覆效率及成形特点;分析预置粉末厚度变化对大光斑激光熔敷层表面形貌、稀释率、铺展性的影响和体能量密度变化对接触角大小的影响。结果表明,与小焦点CO_2激光相比,大光斑激光具有更高的熔覆效率、成形系数;随着预置粉末厚度的增加,熔覆层宽度逐渐增加,熔深先增加后减小;稀释率逐渐减小;接触角的大小随体能量密度的增加而增大。

激光加工用5kW光纤耦合半导体激光器

针对国内大功率半导体激光光纤耦合存在的问题,设计了光纤耦合聚焦系统,研制了5kW光纤耦合半导体激光器。比较了常见圆光斑光纤耦合与半导体激光方光斑光纤耦合的区别;对国产阵列型半导体激光堆栈,采用光束质量均匀化、偏振合束、多波长合束多路耦合等方式增加能量,将激光耦合进芯径为800μm,数值孔径(NA)为0.2的传能光纤中,实现了光纤耦合半导体激光输出光功率5 109W,光纤耦合效率85.69%,系统整体电光转换效率49.48%;在聚焦镜焦距为250mm时其激光功率密度达到2×105 W/cm2,可以用于金属的表面重熔、合金化、熔覆和焊接等领域。该激光器除了传能光纤外,其余部件均为为国产和自主研发,对我国国产高功率光纤耦合半导体激光器的开发具有重要的推动作用。