激光熔覆熔池的形成过程与温度场特征

整个激光熔覆过程，核心就是那一个直径不足几毫米、寿命只有零点几秒的液态熔池。读懂了熔池，就抓住了工艺的牛鼻子。

熔池是怎么形成的

激光光斑的功率密度通常在10⁴～10⁶ W/cm²量级，基体表层在毫秒级被加热到熔点以上（钢约1500℃）。同步送入的粉末在穿过光束、落入熔池的过程中吸收能量，迅速熔化或半熔化进入液态区，与基体熔融金属混为一体。

熔池有两种典型形态：高功率密度下，材料剧烈蒸发形成"匙孔"，熔深大、深宽比高；常规表面熔覆多为"传导型"熔池，熔深浅、熔池扁平，稀释率低。表面强化和尺寸修复通常追求后者。

温度场长什么样

熔池中心温度最高，向边缘骤降到基体温度；沿扫描方向后方拖着一条被拉长的温度尾迹。冷却速度可达10³～10⁶ K/s，温度梯度G与凝固速度R的比值决定最终组织：G/R大时倾向平面晶和细晶，G/R小时得到等轴晶。

多道搭接时，前一道的余温会成为后一道的"预热"，层间温度逐道累积——这正是大面积加工必须做热管理的原因。

温度场对质量的意义

熔池温度过低，粉末熔化不充分、铺展差，出现球化和未熔合；温度过高，基体过度熔化，稀释率上升，晶粒粗大，气孔和裂纹倾向增加。稳定的温度场等于稳定的熔道宽度和厚度，等于可重复的涂层质量。这也是为什么新一代设备开始在熔池上方加装红外测温与闭环反馈。

多道搭接时，后一道会对前一道形成二次加热，前一道靠近表面的组织会经历一次类似回火的过程，硬度略有回落是正常现象，不必当作质量异常。

熔池温度场向基体内部的延伸，就是激光熔覆热影响区的形成与控制这篇文章讨论的内容。