Principio e introducción al revestimiento láser

Proceso de revestimiento: El revestimiento láser se puede dividir a grandes rasgos en dos categorías según el método de suministro de los materiales de revestimiento: revestimiento láser preestablecido y revestimiento láser síncrono.

El revestimiento láser preajustado consiste en colocar previamente el material de revestimiento sobre la superficie del sustrato y, a continuación, utilizar la irradiación láser para escanearlo y fundirlo. El material de revestimiento se añade en forma de polvo o alambre, siendo la forma de polvo la más utilizada.

El revestimiento láser síncrono consiste en introducir materiales de revestimiento en polvo o alambre en el baño de fusión de forma sincronizada a través de la boquilla durante el proceso de revestimiento. El material de revestimiento se añade en forma de polvo o alambre, siendo el polvo la forma más utilizada.

El proceso principal del revestimiento láser preestablecido es: pretratamiento de la superficie del sustrato de revestimiento --- material de revestimiento preestablecido --- precalentamiento --- revestimiento láser --- tratamiento térmico posterior.

El flujo principal del proceso de revestimiento láser síncrono es: pretratamiento de la superficie del sustrato de revestimiento --- precalentamiento --- revestimiento láser síncrono --- tratamiento térmico posterior.

Según el diagrama de flujo del proceso, los procesos relacionados con el revestimiento láser son principalmente el método de pretratamiento de la superficie del sustrato, el método de alimentación del material de revestimiento, el precalentamiento y el tratamiento térmico posterior.

Principio de funcionamiento del láser:

El conjunto completo de equipos de revestimiento láser consta de: láser, unidad de refrigeración, mecanismo de alimentación de polvo, mesa de procesamiento, etc.

Selección de láseres: los tipos de láser más comunes que admiten el proceso de revestimiento láser, como los láseres de CO2, los láseres de estado sólido, los láseres de fibra, los láseres semiconductores, etc.

Parámetros del proceso

Los parámetros del proceso de revestimiento láser incluyen principalmente la potencia del láser, el diámetro del punto, la velocidad de revestimiento, el grado de desenfoque, la velocidad de alimentación del polvo, la velocidad de escaneo y la temperatura de precalentamiento. Estos parámetros influyen considerablemente en la dilución de la capa de revestimiento, la aparición de grietas, la rugosidad superficial y la compacidad de las piezas revestidas. Además, los parámetros se influyen mutuamente, lo que convierte el proceso en algo muy complejo. Por ello, es necesario emplear métodos de control adecuados para mantener estos parámetros dentro del rango admisible del proceso de revestimiento láser.

El revestimiento láser tiene 3 parámetros de proceso importantes.

potencia láser

Cuanto mayor sea la potencia del láser, mayor será la cantidad de metal fundido del revestimiento y mayor la probabilidad de porosidad. A medida que aumenta la potencia del láser, aumenta la profundidad de la capa de revestimiento, el metal líquido circundante fluctúa violentamente y la solidificación dinámica cristaliza, de modo que el número de poros se reduce gradualmente o incluso se elimina, y las grietas también se reducen gradualmente. Cuando la profundidad de la capa de revestimiento alcanza la profundidad límite, a medida que aumenta la potencia, la temperatura superficial del sustrato aumenta y el fenómeno de deformación y agrietamiento se intensifica. Si la potencia del láser es demasiado baja, solo se funde el recubrimiento superficial y el sustrato no se funde. En este caso, se produce agrietamiento local en la superficie de la capa de revestimiento. El pilling, los huecos, etc., no logran el propósito del revestimiento superficial.

Diámetro del punto

El haz láser suele ser circular. El ancho de la capa de revestimiento depende principalmente del diámetro del punto del haz láser: a mayor diámetro, mayor ancho de la capa. Los diferentes tamaños de punto provocan cambios en la distribución de energía sobre la superficie de la capa de revestimiento, y la morfología y las propiedades microestructurales de la capa obtenida varían considerablemente. En general, la calidad de la capa de revestimiento es mejor con un tamaño de punto pequeño, y disminuye a medida que este aumenta. Sin embargo, un diámetro de punto demasiado pequeño dificulta la obtención de una capa de revestimiento de gran superficie. [3]

Velocidad de revestimiento

La velocidad de revestimiento V tiene un efecto similar a la potencia del láser P. Si la velocidad de revestimiento es demasiado alta,el polvo de aleaciónNo se puede fundir completamente y no se logra el efecto de un revestimiento de alta calidad; si la velocidad de revestimiento es demasiado baja, el baño de fusión permanece demasiado tiempo, el polvo se sobrequema, se pierden los elementos de aleación y el aporte de calor a la matriz es grande, lo que aumentará la cantidad de deformación.

Los parámetros del revestimiento láser no afectan de forma independiente la calidad macroscópica y microscópica de la capa de revestimiento, sino que se influyen mutuamente. Para ilustrar el efecto integral de la potencia del láser P, el diámetro del punto D y la velocidad de revestimiento V, se propone el concepto de energía específica Es, a saber:

Es=P/(DV)

Es decir, la energía de irradiación por unidad de área y factores como el láser.densidad de potenciay la velocidad del revestimiento pueden considerarse conjuntamente.

La reducción de la energía específica es beneficiosa para disminuir la tasa de dilución y guarda cierta relación con el espesor de la capa de revestimiento. Con una potencia láser constante, la tasa de dilución de la capa de revestimiento disminuye al aumentar el diámetro del punto, mientras que, cuando la velocidad de revestimiento y el diámetro del punto son constantes, la tasa de dilución de la capa de revestimiento aumenta al incrementarse la potencia del haz láser. Además, a medida que aumenta la velocidad de revestimiento, disminuye la profundidad de fusión del sustrato y, por consiguiente, la tasa de dilución de la capa de revestimiento con respecto al material del sustrato también disminuye.

En el revestimiento láser de múltiples pasadas, la tasa de solapamiento es el factor principal que afectala rugosidad de la superficiede la capa de revestimiento. Cuando aumenta la tasa de solapamiento, la rugosidad superficial de la capa de revestimiento disminuye, pero es difícil garantizar la uniformidad de la parte solapada. La profundidad del área de solapamiento entre las pistas de revestimiento es diferente de la profundidad del centro de las pistas de revestimiento, lo que afecta la uniformidad de toda la capa de revestimiento. Además, la tensión residual de tracción del revestimiento de múltiples pasadas se superpondrá, lo que aumentará el valor de la tensión total local y aumentará la susceptibilidad al agrietamiento de la capa de revestimiento. El precalentamiento y el revenido pueden reducir la tendencia al agrietamiento de la capa de revestimiento.