Что такое лазерная наплавка: Характеристики и применение | MachineMFG

Что такое лазерная наплавка: Характеристики и применение

0
(0)

Обзор лазерной наплавки

Лазерная наплавка - это процесс, в котором используются различные методы наплавки для нанесения выбранных материалов покрытия на поверхность подложки.

Материал наплавляется на поверхность подложки тонким слоем после облучения лазером, а затем быстро застывает, образуя поверхностное покрытие с минимальным разжижением и металлургическим сцеплением с материалом подложки.

Это значительно повышает устойчивость поверхности к износу, коррозии, нагреву, окислению и улучшает ее электрические свойства по отношению к основному материалу.

Обзор лазерной наплавки

Лазерная наплавка - это экономически эффективная технология, позволяющая создавать поверхности из высокоэффективных сплавов на недорогих металлических подложках без изменения свойств подложки. Это позволяет снизить затраты и сохранить драгоценные и редкие металлические материалы.

Лазеры, используемые для лазерной наплавки, в основном CO2 лазеры и твердотельные лазеры, такие как дисковые, волоконные и диодные лазеры.

Технологические характеристики лазерной наплавки

Лазерная наплавка может быть разделена на две категории в зависимости от процесса подачи порошка: метод предварительной установки порошка и синхронная подача порошка.

Эти два метода похожи, но синхронная подача порошка имеет такие преимущества, как простота автоматизации и управления, высокое поглощение лазерной энергии и отсутствие внутренней пористости. Это особенно полезно для плакирования металлокерамики, так как значительно улучшает антитрещинные свойства плакирующего слоя и позволяет равномерно распределить твердую керамическую фазу по всему плакирующему слою.

1. Лазерная наплавка обладает следующими характеристиками

  • Быстрая скорость охлаждения (до 106 К/с), которая является частью процесса быстрого затвердевания, позволяет легко получать мелкокристаллические структуры или новые фазы, которые не могут быть получены через равновесное состояние, например, нестационарные фазы и аморфные состояния.
  • Низкая степень разбавления покрытия (обычно менее 5%) при прочном металлургическом или межфазном диффузионном сцеплении с основой. Хорошие покрытия с низкой степенью разбавления могут быть получены путем регулировки лазерный процесс параметры, можно регулировать состав покрытия и степень разбавления.
  • Снижение тепловыделения и деформации, особенно при использовании быстрой наплавки с высокой плотностью мощности, при этом деформация не превышает допусков на сборку детали.
  • Небольшие ограничения по выбору порошка, особенно для осаждения сплавы с высокой температурой плавления на металлах с низкой температурой плавления.
  • Большой диапазон толщины облицовочного слоя, с одноканальной подачей порошка толщина покрытия варьируется от 0,2 мм до 2,0 мм.
  • Селективное осаждение с низким расходом материала и отличным соотношением цены и производительности.
  • Возможность сплавлять недоступные участки с помощью наведения луча.
  • Легко автоматизировать.

Благодаря своей износостойкости лазерная наплавка отлично подходит для ремонта часто изнашиваемых деталей на нефтяных месторождениях.

2. Различия и сходства между лазерной наплавкой и лазерным легированием

Как при лазерной наплавке, так и при лазерном легировании используются лазерные лучи высокой плотности энергии для формирования на поверхности подложки слоя наплавки, который сплавляется с подложкой и имеет уникальный состав и свойства.

Эти два процесса похожи, но принципиально отличаются друг от друга, причем основные различия заключаются в следующем:

(1) При лазерной наплавке материал наплавки полностью расплавляется с очень тонким слоем плавления матрицы, что оказывает минимальное влияние на состав наплавки. При лазерном легировании легирующие элементы добавляются к поверхности основного материала в расплавленный композитный слой, формируя новый слой сплава на основе основного материала.

(2) Лазерная наплавка не использует расплавленный металл поверхностного слоя подложки в качестве растворителя, а расплавляет предварительно сконфигурированный порошок сплава для создания подлежащего сплава плакирующего слоя. В то же время матричный сплав также имеет тонкий слой плавления, что приводит к образованию металлургической связи.

Лазерная наплавка - важнейшая основа для ремонта и восстановления вышедших из строя деталей в экстремальных условиях и непосредственного изготовления металлических деталей. Она привлекает значительное внимание научного сообщества и предприятий по всему миру благодаря своей способности подготавливать новые материалы.

Оценка эффекта лазерного плавления

Оценка качества лазерной наплавки включает в себя два основных аспекта: макроскопический и микроскопический.

Макроскопический аспект рассматривает форму канала расплава, неровность поверхности, растрескивание, пористость и скорость разжижения. Микроскопический аспект рассматривает формирование хорошей организации и обеспечение требуемых свойств.

Кроме того, необходимо определить тип и распределение химических элементов в поверхностном плакирующем слое, уделить внимание анализу переходного слоя на предмет металлургического сцепления, а также при необходимости провести испытания на срок службы.

Исследовательские работы направлены на разработку оборудования для наплавки, динамику расплава, разработку состава сплава, методов образования, распространения и контроля трещин, а также сил сцепления между наплавленным слоем и подложкой.

Основными проблемами, стоящими на пути дальнейшего применения технологии лазерного осаждения, являются:

  • Нестабильность качества плакирующего слоя является основной причиной того, что технология лазерной наплавки еще не полностью внедрена в Китае. В процессе лазерной наплавки в плакирующем слое могут возникать такие дефекты, как пористость, трещины, деформация и неровности поверхности, из-за разницы в температурном градиенте и коэффициенте теплового расширения между плакирующим слоем и основным материалом.
  • Необходимо найти и внедрить автоматизированное управление процессом лазерной наплавки.
  • Чувствительность лазерной наплавки к растрескиванию по-прежнему является проблемой для отечественных и зарубежных исследователей и остается препятствием для инженерного применения и индустриализации. Хотя образование и расширение трещин были изучены, метод контроля все еще не разработан.

Применение лазерной наплавки

Лазерная обработка наплавки имеет широкий спектр применений и областей, охватывая практически всю машиностроительную промышленность.

В настоящее время лазерная наплавка успешно применяется для нержавеющей стали, штамповой стали, ковкого чугуна, серый чугунМедные сплавы, титановые сплавы, алюминиевые сплавы и специальные сплавы, такие как сплавы на основе кобальта, никеля, железа и другие самоплавкие порошки сплавов и керамические фазы на поверхности лазерной наплавки.

Порошки сплавов на основе железа подходят для деталей, требующих локальной износостойкости и склонных к деформации.

Порошки сплавов на основе никеля идеально подходят для деталей, требующих локальной износостойкости, жаропрочности и термоусталостной прочности.

Порошки сплавов на основе кобальта подходят для деталей, требующих локальной износостойкости, коррозионной стойкости и сопротивления термической усталости.

Керамические покрытия обладают высокой прочностью при высоких температурах, хорошей термостойкостью и высокой химической стабильностью, что делает их пригодными для деталей, требующих износостойкости, коррозионной стойкости, устойчивости к высоким температурам и окислению.

К типичным областям применения лазерной наплавки относятся:

Производство и восстановление горного оборудования и компонентов

Оборудование для добычи угля подвергается сильному износу из-за суровых условий эксплуатации, что приводит к частым поломкам деталей. Лазерная наплавка используется для производства и восстановления этих деталей, в том числе:

  • Угольный комбайн: основная рама, коромысло, шестерня, зубчатый вал, втулки, шарнирная рама, масляный цилиндр, седло цилиндра, направляющий башмак, звездочка, штифт рельсового колеса, ведущее колесо, гаечный ключ и т.д.
  • Проходческий комбайн: цилиндры, кронштейны, валы, втулки, фрезы и т.д.
  • Скребковый конвейер: центральный желоб, переходная канавка, редуктор, шестерни, зубчатые валы, спирально-конические шестерни, детали валов и т.д.
  • Гидравлическая поддержка: цилиндр, основание и кронштейн артикуляционного отверстия, втулки и т.д.
Режущие зубья проходческого комбайна

Режущие зубья проходческого комбайна

Гидравлическая опорная колонна после облицовки

Гидравлическая опорная колонна после облицовки

Карманы после лазерной наплавки

Карманы после лазерной наплавки

Производство и восстановление электрооборудования и его компонентов

Электроэнергетическое оборудование имеет большой объем распределения и должно работать непрерывно, что делает его уязвимым к повреждениям компонентов.

Паровая турбина - сердце тепловой энергетики, но сложные условия ее работы, включая высокие температуры и нагрев, приводят к регулярному износу ключевых компонентов, таких как главный вал и динамические лопатки, которые необходимо ежегодно ремонтировать.

Газовая турбина также подвержена повреждениям из-за воздействия высоких температур до 1300℃.

Технология лазерного восстановления предлагает эффективное решение для восстановления работоспособности поврежденного оборудования, и при этом она значительно экономичнее - ее цена составляет всего одну десятую от стоимости нового устройства.

Лазерная наплавка вала ротора двигателя

Лазерная наплавка вала ротора двигателя

Ремонт ротора паровой турбины

Ремонт ротора паровой турбины

Устранение износа лопастей вентилятора порошковой вытяжки

Устранение износа лопастей вентилятора порошковой вытяжки

Производство и восстановление нефтехимического оборудования и его компонентов

Нефтехимическая промышленность работает по модели массового производства, что требует использования оборудования, постоянно работающего в жестких условиях. Со временем воздействие таких условий приводит к повреждению, износу и коррозии компонентов оборудования.

Клапаны, насосы, рабочие колеса, шейки ротора, диски, втулки и плитки вала относятся к числу деталей, наиболее подверженных поломкам. Эти компоненты не только дороги, но и имеют сложную форму, что затрудняет ремонт.

Однако появление технологии лазерного плавления позволило устранить эти проблемы, сделав возможным эффективный ремонт и производство таких деталей.

технология лазерного плавления

Лазерная наплавка твердых керамических покрытий на нефтяные бурильные трубы, бурение инструменты и т.д.

Производство и восстановление железнодорожного оборудования и компонентов

Стремительный рост железнодорожных перевозок и соответствующее социально-экономическое развитие привели к высокому спросу на новые рельсовые транспортные средства, а также к увеличению количества и повышению требований к эксплуатационным характеристикам ключевых компонентов.

Одним из решений этой проблемы является применение технологии восстановления, которая позволяет повторно использовать изнашиваемые части автомобилей.

Основная технология восстановления - лазерное упрочнение поверхности. Этот процесс включает в себя применение технологии лазерного покрытия поверхности для ремонта и укрепления поверхности восстановленных деталей.

Восстановление ключевых компонентов в других отраслях машиностроения

Восстановление ключевых компонентов не ограничивается железнодорожной промышленностью, а также применяется во многих других отраслях машиностроения, включая металлургическую, нефтехимическую, горнодобывающую, химическую, авиационную, автомобильную, судоходную, станкостроительную и другие.

Для ремонта и улучшения характеристик прецизионного оборудования, крупногабаритной техники и ценных деталей, подверженных износу, эрозии и коррозии, используется процесс лазерной наплавки.

Лазерная наплавка червячных редукторов для портальных расточных и фрезерных станков

Лазерная наплавка червячных редукторов для портальных расточных и фрезерных станков

Высокоизносостойкие стальные валки непрерывного литья с лазерной наплавкой

Высокоизносостойкие стальные валки непрерывного литья с лазерной наплавкой

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

1 комментарий к “What Is Laser Cladding: Characteristics & Applications”

  1. S. П. Патил

    Нам нужна лазерная машина для нанесения керамического покрытия на чугун и литые детали из GI. Слой будет от 10 до 20 микрон. Диаметр детали от 40,0 мм до 100 мм.
    Пожалуйста, предложите машину для этого.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх