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                  新聞資訊
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                  你不知道的激光熔覆技術講解分析,快來看看吧

                  發布時間: 2022-12-08    作者:admin
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                  激光熔覆技術是指以不同的填料方式在被涂覆基體表面上放置選擇的涂層材料,經激光輻照使之和基體表面一薄層同時熔化,并快速凝固后形成稀釋度極低并與基體材料成冶金結合的表面涂層,從而顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電器特性等的工藝方法。結下來西安激光熔覆技術表面處理企業科普電鍍小編來和大家聊聊。

                  西安激光熔覆技術

                  激光熔覆技術亦稱激光熔敷或激光包覆,是一種新的表面改性技術。激光熔覆的目的就是在基體材料表面生成具有高硬度、耐磨損、耐腐蝕、熱障礙等的功能層。以不同的填料方式在被涂覆基體表面上放置選擇的涂層材料,經激光輻照使之和基體表面一薄層同時熔化,并快速凝固后形成稀釋度極低并與基體材料成冶金結合的表面涂層。從而達到表面改性或修復的目的,既滿足了對材料表面特定性能的要求,又節約了大量的貴重元素。與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比,激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點,因此激光熔覆技術應用前景十分廣闊。

                  激光熔覆通過同步或預置材料的方式,將外部材料添加至基體經激光輻照后形成的熔池中,并使二者共同快速凝固形成包覆層。

                  激光熔覆特點:熔覆層稀釋度低但結合力強,與基體呈冶金結合,可顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化或電氣特性,從而達到表面改性或修復的目的,滿足材料表面特定性能要求的同時可節約大量的材料成本。與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比,激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點,因此激光熔覆技術應用前景十分廣闊。

                  從當前激光熔覆的應用情況來看,其主要應用于三個方面:一,對材料的表面改性,如燃汽輪機葉片,軋輥,齒輪等;二,對產品的表面修復,如轉子,模具等。有關資料表明,修復后的部件強度可達到原強度的90%以上,其修復費用不到重置價格的1/5,更重要的是縮短了維修時間,解決了大型企業重大成套設備連續可靠運行所必須解決的轉動部件快速搶修難題。另外,對關鍵部件表面通過激光熔覆超耐磨抗蝕合金,可以在零部件表面不變形的情況下大大提高零部件的使用壽命;對模具表面進行激光熔覆處理,不僅提高模具強度,還可以降低2/3的制造成本,縮短4/5的制造周期。三,激光增材制造。通過同步送粉或送絲的方式,進行逐層的激光熔覆,進而獲得具有三維結構的零部件。該技術又可稱為激光熔化沉積、激光金屬沉積、激光直接熔化沉積等。

                  熔覆材料:應用廣泛的激光熔覆材料主要有:鎳基、鈷基、鐵基、鈦合金、銅合金、顆粒型金屬基復合材料,陶瓷材料等。

                  熔覆工藝:激光熔覆按熔覆材料的供給方式大概可分為兩大類,即預置式激光熔覆和同步式激光熔覆。

                  預置式激光熔覆是將熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位,然后采用激光束輻照掃描熔化,熔覆材料以粉或絲形式加入,其中以粉末的形式.為常用。

                  同步式激光熔覆則是將粉末或絲材類熔覆材料經過噴嘴在熔覆過程中同步送入熔池中。熔覆材料以粉或絲形式加入,其中以粉末的形式.為常用。

                  預置式激光熔覆的主要工藝流程為:基材熔覆表面預處理---預置熔覆材料---預熱---激光熔覆---后熱處理。

                  同步式激光熔覆的主要工藝流程為:基材熔覆表面預處理---預熱---同步激光熔覆---后熱處理。

                  按工藝流程,與激光熔覆相關的工藝主要是基材表面預處理方法、熔覆材料的供料方法、預熱和后熱處理。

                  激光器工作原理:激光熔覆成套設備組成:激光器、冷卻機組、送粉機構、加工工作臺等。

                  激光器的選用:主流的激光器類型均支持激光熔覆工藝,例如CO2激光器,固體激光器,光纖激光器,半導體激光器等。

                  目前應用廣泛的有CO2激光器,固體激光器。CO2激光器是應用.廣、種類.多的一種激光器,在汽車工業、鋼鐵工業、造船工業、航空及宇航業、電機工業、機械工業、冶金工業、金屬加工等領域廣泛應用。約占全球工業激光器銷售額40%,北美更高達70%。CO2激光器是目前輸出功率達到.高級別的激光器之一,其主要特點是光束質量高,模式好,相干性好,線寬窄,工作穩定。傳統的固體激光器通常采用高功率氣體放電燈泵浦,其泵浦效率約為3%到6%。泵浦燈發射出的大量能量轉化為熱能,需采用笨重的冷卻系統,不可消除的熱透鏡效應使光束質量變差。加之泵浦燈的壽命約為400小時,操作人員需花很多時間頻繁地換燈,中斷系統工作,使自動化生產線的效率大大降低。與傳統燈泵浦激光器比較,二極管泵浦固體激光器提高了轉換效率、壽命和光束質量。YAG激光器輸出波長為1.06μm,較CO2激光波長小1個數量級,因而更適合此類金屬的激光熔覆。

                  隨著半導體激光技術的發展,出現了直接應用的大功率半導體激光器來進行材料加工。該類型激光器是目前所有激光器中效率.高的,目前其電光轉換效率可達到60%以上。但是該激光器的光束質量比較差,目前主要應用于激光表面熱處理、激光熔覆和激光釬焊中。

                  直接高功率半導體激光器的發展將在激光熔覆成形和修復,以及激光熱處理等方面取代目前.為廣泛應用的CO2激光器,光纖耦合半導體激光器的發展將取代CO2激光器和固體激光器在材料焊接方面所占有的大部分地位。

                  激光熔覆的工藝參數主要有激光功率、光斑直徑、熔覆速度、離焦量、送粉速度、掃描速度、預熱溫度等。這些參數對熔覆層的稀釋率、裂紋、表面粗糙度以及熔覆零件的致密性等有很大影響。各參數之間也相互影響,是一個非常復雜的過程,須采用合理的控制方法將這些參數控制在激光熔覆工藝允許的范圍內。

                  激光熔覆有3個重要的工藝參數,1.激光功率 2.光斑直徑 3.熔覆速度

                  1. 激光功率

                  激光功率越大,融化的熔覆金屬量越多,產生氣孔的概率越大。隨著激光功率增加,熔覆層深度增加,周圍的液體金屬劇烈波動,動態凝固結晶,使氣孔數量逐漸減少甚至得以消除,裂紋也逐漸減少。當熔覆層深度達到極限深度后,隨著功率提高,基體表面溫度升高,變形和開裂現象加劇,激光功率過小,僅表面涂層融化,基體未熔,此時熔覆層表面出現局部起球、空洞等,達不到表面熔覆目的。

                  2. 光斑直徑

                  激光束一般為圓形。熔覆層寬度主要取決于激光束的光斑直徑,光斑直徑增加,熔覆層變寬。光斑尺寸不同會引起熔覆層表面能量分布變化,所獲得的熔覆層形貌和組織性能有較大差別。一般來說,在小尺寸光斑下,熔覆層質量較好,隨著光斑尺寸增大,熔覆層質量下降。但光斑直徑過小,不利于獲得大面積的熔覆層。

                  3. 熔覆速度

                  熔覆速度V與激光功率P有相似的影響。熔覆速度過高,合金粉末不能完全融化,未起到優質熔覆的效果;熔覆速度太低,熔池存在時間過長,粉末過燒,合金元素損失,同時基體的熱輸入量大,會增加變形量。

                  激光熔覆參數不是獨立的影響熔覆層宏觀和微觀質量,而是相互影響的。為了說明激光功率P、光斑直徑D和熔覆速度V三者的綜合作用,提出了比能量Es的概念,即:Es=P/(DV)

                  即單位面積的輻照能量,可將激光功率密度和熔覆速度等因素綜合在一起考慮。

                  比能量減小有利于降低稀釋率,同時與熔覆層厚度也有一定的關系。在激光功率一定的條件下,熔覆層稀釋率隨光斑直徑增大而減小,當熔覆速度和光斑直徑一定時,熔覆層稀釋率隨激光束功率增大而增大。另外,隨著熔覆速度的增加,基體的融化深度下降,基體材料對熔覆層的稀釋率下降。

                  在多道激光熔覆中,搭接率是影響熔覆層表面粗糙度的主要因素,搭接率提高,熔覆層表面粗糙度降低,但搭接部分的均勻性很難得到保證。熔覆道之間相互搭接區域的深度與熔覆道正中的深度有所不同,從而影響了整個熔覆層的均勻性。而且多道搭接熔覆的殘余拉應力會疊加,使局部總應力值增大,增大了熔覆層裂紋的敏感性。預熱和回火能降低熔覆層的裂紋傾向。

                  激光熱處理

                  從裝備上講,去除鋪粉或者送粉裝置的激光熔覆設備調整功率密度后,就可以實現激光熱處理工藝。激光熱處理是一種表面熱處理技術,即利用激光加熱金屬材料表面實現表面熱處理。激光加熱具有極高的功率密度,即激光的照射區域的單位面積上集中極高的功率。由于功率密度極高,工件傳導散熱無法及時將熱量傳走,結果使得工件被激光照射區迅速升溫到奧氏體化溫度實現快速加熱。當激光加熱結束,因為快速加熱時工件基體大體積中仍保持較低的溫度,被加熱區域可以通過工件本身的熱傳導迅速冷卻,從而實現淬火等熱處理效果。激光淬火效果:激光淬火層的硬度分布曲線激光淬火層的硬度分布激光淬火技術可對各種導軌、大型齒輪、軸頸、汽缸內壁、模具、減振器、摩擦輪、軋輥、滾輪零件進行表面強化。適用材料為中、高碳鋼,鑄鐵。激光淬火的應用實例:激光淬火強化的鑄鐵發動機汽缸,其硬度提高HB230提高到HB680,使用壽命提高2~3倍。

                  激光熔覆是一個復雜的物理、化學冶金過程,熔覆過程中的參數對熔覆件的質量有很大的影響。激光熔覆中的過程參數主要有激光功率、光斑直徑、離焦量、送粉速度、掃描速度、熔池溫度等,他們的對熔覆層的稀釋率、裂紋、表面粗糙度以及熔覆零件的致密性都有著很大影響。同時,各參數之間也相互影響,是一個非常復雜的過程。必須采用合適的控制方法將各種影響因素控制在溶覆工藝允許的范圍內。隨著控制技術以及計算機技術的發展,激光熔覆技術越來越向智能化、自動化方向前進。國外在這方面做地比較好。從直線和旋轉的一維激光熔覆,經過X和Y兩個方向同時運動的二維熔覆,到上世紀90年代初開始向三維同時運動熔覆構造金屬零件發展。如今,已經把激光器、五軸聯動數控激光加工機、外光路系統、自動化可調合金粉末輸送系統(也可送絲)、專用CAD/CAM軟件和全過程參數檢測系統,集成構筑了閉環控制系統,直接制造出金屬零件。標志著激光熔覆技術的發展登上了新的臺階。各國在激光控制方面的研究的新成果往往都以..的形式進行保護, 如高質量的同軸送粉熔覆系統以及閉環反饋控制系統等。國內西北工業大學、清華大學、北京工業大學、上海交通大學和中國科學院等單位在激光熔覆過程控制方面做了許多研究工作,國內還有許多單位正在積極開展這方面的研究工作。清華大學機械系激光加工研究中心已研制出適合于直接制造金屬零件的各種規格的同軸送粉噴嘴和自動送粉器,已申請相關發明..兩項。中科院已經開發出集成化激光智能加工系統。但相對國外的研究和開發水平,國內在控制方面的研究還處在起步階段,控制措施和手段還不完善。對激光熔覆融池溫度的閉環控制鮮有報道,對熔覆質量的閉環控制系統研究的并不充分。

                  以上就是西安科普電鍍小編對于激光熔覆這塊的一些知識內容講解,還有更多西安激光熔覆問題歡迎進入官網進行咨詢。

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