Принцип и описание лазерной наплавки

Процесс наплавки: Лазерная наплавка может быть условно разделена на две категории в зависимости от способа подачи наплавляемых материалов, а именно: предварительная лазерная наплавка и синхронная лазерная наплавка.

Предварительная лазерная наплавка заключается в предварительном нанесении наплавляемого материала на поверхность подложки, после чего он подвергается облучению лазерным лучом для сканирования и расплавления. Наплавляемый материал добавляется в виде порошка или проволоки, при этом наиболее распространенной формой является порошок.

Синхронная лазерная наплавка — это процесс, при котором порошкообразный или проволочный наплавочный материал синхронно подается в расплавленную ванну через сопло во время наплавки. Наплавочный материал добавляется в виде порошка или проволоки, при этом наиболее часто используется порошковая форма.

Основной процесс лазерной наплавки включает в себя: предварительную обработку поверхности наплавляемого материала на подложке, предварительный нагрев, лазерную наплавку и последующую термообработку.

Основной технологический процесс синхронной лазерной наплавки выглядит следующим образом: предварительная обработка поверхности наплавляемого слоя — предварительный нагрев — синхронная лазерная наплавка — последующая термообработка.

Согласно технологической схеме, процессы, связанные с лазерной наплавкой, включают в себя в основном метод предварительной обработки поверхности подложки, метод подачи наплавляемого материала, предварительный нагрев и последующую термообработку.

Принцип работы лазера:

Полный комплект оборудования для лазерной наплавки включает в себя: лазер, блок охлаждения, механизм подачи порошка, технологический стол и т. д.

Выбор лазеров: основные типы лазеров поддерживают процесс лазерного наплавления, такие как CO2-лазеры, твердотельные лазеры, волоконные лазеры, полупроводниковые лазеры и т. д.

Параметры процесса

К основным параметрам процесса лазерной наплавки относятся мощность лазера, диаметр пятна, скорость наплавки, величина расфокусировки, скорость подачи порошка, скорость сканирования, температура предварительного нагрева и т.д. Эти параметры оказывают большое влияние на степень разбавления наплавленного слоя, образование трещин, шероховатость поверхности и плотность наплавленных деталей. Параметры также влияют друг на друга, что делает процесс очень сложным, и для контроля этих параметров в допустимых пределах процесса лазерной наплавки необходимо использовать рациональные методы управления.

Лазерная наплавка имеет 3 важных параметра процесса.

лазерная мощность

Чем выше мощность лазера, тем больше количество расплавленного плакирующего металла и тем выше вероятность образования пор. С увеличением мощности лазера увеличивается глубина плакирующего слоя, окружающий жидкий металл сильно колеблется, происходит динамическая кристаллизация, в результате чего количество пор постепенно уменьшается или даже исчезает, а трещины также постепенно уменьшаются. Когда глубина плакирующего слоя достигает предельной глубины, с увеличением мощности температура поверхности подложки повышается, и явление деформации и растрескивания усиливается. Если мощность лазера слишком мала, плавится только поверхностное покрытие, а подложка не плавится. В этом случае на поверхности плакирующего слоя происходит локальное растрескивание. Образование сгустков, пустот и т.д. не позволяет достичь цели поверхностного плакирования.

диаметр пятна

Лазерный луч обычно имеет круглую форму. Ширина плакирующего слоя в основном зависит от диаметра пятна лазерного луча; чем больше диаметр пятна, тем шире плакирующий слой. Различные размеры пятна вызывают изменения в распределении энергии на поверхности плакирующего слоя, и морфология и микроструктурные свойства полученного плакирующего слоя значительно различаются. В целом, качество плакирующего слоя лучше при малом размере пятна, а качество плакирующего слоя ухудшается с увеличением размера пятна. Однако слишком малый диаметр пятна не способствует получению плакирующего слоя большой площади. [3]

скорость облицовки

Скорость наплавки V оказывает аналогичное воздействие, как и мощность лазера P. Если скорость наплавки слишком высока,порошок сплаваНевозможно полностью расплавить материал, и эффект высококачественной наплавки не достигается; если скорость наплавки слишком низкая, расплавленная ванна существует слишком долго, порошок перегорает, происходит потеря легирующих элементов, и тепловое воздействие на матрицу велико, что увеличивает степень деформации.

Параметры лазерной наплавки не влияют на макроскопическое и микроскопическое качество наплавляемого слоя независимо друг от друга, но взаимно воздействуют. Для иллюстрации комплексного влияния мощности лазера P, диаметра пятна D и скорости наплавки V предлагается концепция удельной энергии Es, а именно:

Эс = П/(ДВ)

То есть, энергия излучения на единицу площади, а также такие факторы, как лазерное излучение.плотность мощностиСкорость и скорость облицовки можно рассматривать совместно.

Снижение удельной энергии способствует уменьшению степени разбавления, и это также имеет определенную взаимосвязь с толщиной плакирующего слоя. При постоянной мощности лазера степень разбавления плакирующего слоя уменьшается с увеличением диаметра пятна, а при постоянной скорости наплавления и диаметре пятна степень разбавления плакирующего слоя увеличивается с увеличением мощности лазерного луча. Кроме того, с увеличением скорости наплавления глубина плавления подложки уменьшается, и степень разбавления плакирующего слоя материалом подложки снижается.

При многопроходной лазерной наплавке основным фактором, влияющим на результат, является коэффициент перекрытия.шероховатость поверхностив слое облицовки. При увеличении степени перекрытия шероховатость поверхности слоя облицовки уменьшается, но гарантировать однородность перекрывающейся части сложно. Глубина зоны перекрытия между дорожками облицовки отличается от глубины центра дорожек облицовки, что влияет на однородность всего слоя облицовки. Кроме того, остаточные растягивающие напряжения многослойной облицовки будут накладываться друг на друга, что увеличит локальное значение суммарного напряжения и повысит чувствительность слоя облицовки к растрескиванию. Предварительный нагрев и отпуск могут снизить склонность слоя облицовки к растрескиванию.