レーザークラッドの原理と概要

クラッド加工： レーザクラッドはクラッド材の供給方法によりプリセットレーザクラッドと同期レーザクラッドの2つに大別されます。

プリセットレーザークラッディングとは、基板表面のクラッド部にクラッド材をあらかじめ配置し、レーザー光を照射して走査・溶融する加工です。クラッド材は粉末またはワイヤーの形で添加されますが、粉末の形が最も一般的に使用されます。

同期レーザー被覆は、被覆プロセス中にノズルを通じて同期して粉末またはワイヤ被覆材料を溶融池に送り込むことです。クラッド材は粉末またはワイヤーの形で添加されますが、粉末の形が最も一般的に使用されます。

プリセットレーザークラッディングの主なプロセスは、基板クラッディング表面前処理---プリセットクラッディング材料---予熱---レーザークラッディング---後熱処理です。

同期レーザークラッドの主なプロセスフローは、基板クラッド表面の前処理---予熱---同期レーザークラッド---後熱処理です。

プロセスフローによると、レーザークラッディングに関連するプロセスは主に、基板表面の前処理方法、クラッド材料の供給方法、予熱および後熱処理です。

レーザーの動作原理:

レーザークラッディング装置一式は、レーザー、冷却ユニット、粉末供給機構、加工テーブルなどで構成されます。

レーザーの選択: CO2 レーザー、固体レーザー、ファイバー レーザー、半導体レーザーなどの主流のレーザー タイプは、レーザー クラッド プロセスをサポートします。

プロセスパラメータ

レーザークラッディングのプロセスパラメータには、主にレーザー出力、スポット径、クラッディング速度、デフォーカス量、粉末供給速度、走査速度、予熱温度などが含まれます。これらのパラメータは、クラッド層の希釈率、クラック、表面粗さに大きな影響を与えます。外装部品のコンパクト化。また、パラメータは相互に影響し合うため、非常に複雑なプロセスとなるため、これらのパラメータをレーザークラッドプロセスの許容範囲内に制御するには、合理的な制御方法を使用する必要があります。

レーザークラッディングには 3 つの重要なプロセスパラメータがあります

レーザー出力

レーザー出力が大きいほど、溶融したクラッド金属の量が多くなり、気孔が発生する可能性が高くなります。レーザー出力が増加すると、クラッド層の深さが増加し、周囲の液体金属が激しく変動し、動的凝固が結晶化するため、細孔の数は徐々に減少または消滅し、クラックも徐々に減少します。クラッド層の深さが限界深さに達すると、出力が増加するにつれて基板の表面温度が上昇し、変形やクラック現象が激化します。レーザー出力が小さすぎると、表面コーティングのみが溶解し、基材は溶解しません。このとき、クラッド層表面に局所的なクラックが発生する。毛玉や空隙などがあると、表面被覆の目的を達成できなくなります。

スポット径

レーザービームは通常円形です。クラッド層の幅は主にレーザー光のスポット径に依存し、スポット径が大きくなるとクラッド層の幅も広くなります。スポットサイズが異なると、クラッド層の表面のエネルギー分布が変化し、得られるクラッド層の形態および微細構造特性はまったく異なります。一般に、スポットサイズが小さいほどクラッド層の品質は良くなり、スポットサイズが大きくなるとクラッド層の品質は低下します。しかしながら、スポット径が小さすぎるため、大面積のクラッド層を得ることができない。[3]

被覆速度

クラッディング速度 V は、レーザー出力 P と同様の影響を及ぼします。クラッディング速度が速すぎると、合金粉末完全に溶解することができず、高品質のクラッドの効果が得られません。被覆速度が遅すぎると、溶融池が長時間存在しすぎ、粉末が過剰に燃焼し、合金元素が失われ、マトリックスの入熱が大きくなります。変形量が大きくなります。

レーザーのクラッドパラメータは、クラッド層の巨視的品質と微視的品質に独立して影響を与えるのではなく、相互に影響を及ぼします。レーザーパワー P、スポット直径 D、およびクラッド速度 V の総合的な影響を説明するために、比エネルギー Es の概念が提案されます。

Es=P/(DV)

つまり、単位面積あたりの照射エネルギーやレーザーなどの要素です。電力密度と被覆速度は一緒に考慮できます。

比エネルギーの低減は、希釈率を低減するのに有利であり、クラッド層の厚さとも一定の関係があります。レーザパワー一定の条件下では、スポット径の増加に伴ってクラッド層の希釈率は減少し、クラッド速度とスポット径が一定の場合、レーザ光のパワーの増加に伴ってクラッド層の希釈率は増加する。さらに、クラッド速度が増加すると、基板の溶融深さが減少し、基板材料からのクラッド層の希釈率が減少します。

マルチパスレーザークラッディングでは、オーバーラップ率が影響を与える主な要因となります。表面粗さクラッド層の。オーバーラップ率が増加すると、クラッド層の表面粗さは小さくなるが、オーバーラップ部分の均一性が確保されにくくなる。クラッド トラック間の重なり合う領域の深さは、クラッド トラックの中心の深さと異なり、クラッド層全体の均一性に影響します。さらに、マルチパスクラッドの残留引張応力が重なり、局所的な全応力値が増加し、クラッド層の亀裂感受性が増加します。予熱と焼き戻しにより、クラッド層の亀裂傾向を軽減できます。