②熔覆粉末的流动形态与影响因素

   a.粉末的流动形态。熔覆材料粉在激光熔覆过程中的流动动力来源于自身的重力、载气流动动力和激光压力，根据目前常见的同轴送粉喷嘴的给粉方式不同，粉体流动空间形态也不同，图4.17列出了最常见的几种匹配状态。

   其中图4.17 (a)、(b)是粉体流动动力为载气动力、粉体自重和激光压力作用的情况下，粉光匹配合理，激光熔覆工艺能够实现获得良好的熔覆层;图4.17(c)是熔覆材料粉散落范围超出激光束有效作用区域，此时熔覆层与基体出现非冶金结合区域，不能获得完整冶金结合的熔覆层，是激光熔覆过程中必须要避免的现象之一，图4.17 (d)是熔覆材料粉整体吹偏散落，造成单侧出现熔覆层与基体非冶金结合区域，也是熔覆过程中必须避免的现象之一。

   b.熔覆材料粉的焦点与束径。熔覆粉料颗粒从送粉器喷嘴喷出后至工件表面之前在激光束中作抛物线运动，颗粒运动轨迹与送粉器喷嘴中心轴线的交汇点可称为熔覆材料粉的焦点。熔覆材料的焦点位置与载气流速、颗粒大小、喷出角度有直接关系，如图4.18所示。在实际熔覆过程中，熔覆材料的焦点位置可以在一定范围内进行调整，在图4.18 (a)中，当载气流速大到熔覆材料粉的自由落体运动分量可以忽略时，熔覆材料粉的焦点位置为A点，实际上A点是熔覆材料粉焦点最上位置的极限位置。当不施加载气时，熔覆材料粉在重力作用下进行斜抛——自由落体运动，熔覆材料粉焦点位置为B点。理论上讲，随着载气的加人及流速的增

大，B点会向A点方向移动，但实际激光熔覆过程中，由于熔覆材料粉颗粒较众多，在汇聚时发生碰撞而形成了汇聚的粉体束流，由于颗粒之间的相互制约，使得熔覆材料粉在焦点处的横向和纵向均被扩展开来，同时这种碰撞使得A、B之间的区域向下漂移，形成了熔覆材料粉束流的束腰。如图4.18(b)所示，可以看出粉体

束腰可近似视为圆柱状，不同的送粉速度对熔覆材料粉束流的束径和腰长有显著影响。

   c.激光束的焦点与激光束的有效直径。在送粉激光熔覆过程中，熔覆材料与

基体材料同时被激光加热，只有熔覆粉颗粒和基体表面同时被加热到适当的温度才能够获得良好熔覆层，保证熔覆颗粒之间及熔覆材料与基体之间达到冶金结合。基体表面的加热过程和加热温度由透过粉体区的激光束能量密度决定，激光通过粉体区域的透光率、激光束扫描速度和基体对激光能量的吸收转化率决定了实际作用在基体材料表面上的线能量密度的大小，而透光率与送粉速率、激光束移动速度等工艺参数有对应关系。在一定扫描速度下，随着送粉速率的提高透光率下降；在一定的送粉速率的情况下，随着激光束扫描速度的提高透光率提高。最终导致随着送粉速率和扫描速度的提高，作用在基体表面的激光能量线密度下降。根据激光束本身的属性，在确保熔覆材料粉颗粒在激光束中被加热的前提下，还要确保熔覆材料粉颗粒落在激光束的有效作用区域内。据此判定获得熔覆材料与基体材料达到冶金结合的粉光匹配条件为激光束有效直径≥熔覆材料粉束腰直径。