Какие факторы влияют на коэффициент использования порошка для высокоскоростной лазерной наплавки?
Технология высокоскоростной лазерной наплавки значительно усовершенствовалась. Стремление к повышению эффективности обработки и снижению себестоимости является постоянной задачей. Вопрос о том, как продолжать снижать себестоимость обработки, по-прежнему остается важным направлением исследований в области высокоскоростной лазерной наплавки.
Поскольку стоимость порошка составляет 80–90% от общей стоимости лазерной наплавки, повышение коэффициента использования порошка является важной технической проблемой, которую необходимо решить в высокоскоростной лазерной наплавке. Поэтому необходимо выяснить, какие факторы влияют на коэффициент использования порошка при высокоскоростной лазерной наплавке. Мы рассмотрим эти факторы по отдельности и обсудим способы повышения коэффициента использования порошка при высокоскоростной лазерной наплавке.
(1) размер пятна расплавленной ванны
Основным фактором, влияющим на эффективность использования порошка для высокоскоростной лазерной наплавки, является размер пятна расплавленной ванны, то есть размер пятна лазерного луча, падающего на поверхность подложки. В зависимости от мощности лазера размер пятна высокоскоростной лазерной наплавки может быть выбран в диапазоне от 1 мм до 5 мм. В практической работе необходимо выбирать соответствующий размер пятна сварочной ванны в зависимости от мощности лазера оборудования.
Слишком мала площадь пятна расплавленной ванны приводит к низкой степени использования порошка; слишком велика площадь пятна расплавленной ванны, что снижает плоскостность поверхности покрытия. Увеличение площади пятна расплавленной ванны может повысить степень использования порошка, но если площадь пятна расплавленной ванны слишком велика, плоскостность покрытия снизится, что также приведет к расходу порошка в процессе последующей шлифовки и полировки. Даже при высокоскоростной лазерной наплавке степень использования порошка следует учитывать не только в процессе наплавки, но и в целом, после шлифовки и полировки, на протяжении всего процесса наплавки.
(2) диаметр выходного отверстия для порошка головки оболочки
Диаметр выходного отверстия для порошка в наплавляющей головке определяет толщину порошкового потока. Чем меньше отверстие, тем тоньше поток порошка, но чем тоньше поток, тем быстрее происходит его диспергирование. В практической работе соответствующий диаметр выходного отверстия для порошка следует выбирать в зависимости от высоты наплавляемого слоя и размера пятна расплавленной ванны, чтобы диаметр пятна порошка на поверхности подложки был меньше диаметра пятна расплавленной ванны, иначе порошок, выходящий за пределы пятна расплавленной ванны, будет потерян и потрачен впустую.
(3) мощность лазера
Мощность лазера должна быть достаточной, чтобы обеспечить полное расплавление порошка, попадающего в зону расплава. При постоянном количестве подаваемого порошка и других параметрах, чем выше мощность лазера, тем выше коэффициент использования порошка.
(4) размер подачи порошка
При определении мощности лазера оборудования, чем меньше количество подаваемого порошка, тем выше коэффициент его использования. Однако уменьшение количества подаваемого порошка повлияет на эффективность наплавки. Если не учитывать эффективность наплавки, то за счет контроля количества подаваемого порошка коэффициент использования порошка может достигать 100%, но такая практика бессмысленна.
(5) линейная скорость облицовки
Линейная скорость высокоскоростной лазерной наплавки в несколько раз, а то и в десятки раз, выше, чем у обычной лазерной наплавки. Когда относительная скорость перемещения между подложкой и наплавочной головкой велика, кинетическая энергия частиц порошка на поверхности подложки велика, поэтому выброс порошка велик, а коэффициент использования порошка снижается. Кроме того, при определении мощности лазера, чем выше относительная скорость перемещения между наплавочной головкой и подложкой, тем ниже температура расплавленной ванны и тем ниже коэффициент использования порошка.
(6) объем заготовки
При одинаковых параметрах наплавки, чем больше диаметр (объем) заготовки, тем ниже коэффициент использования порошка. Это связано с тем, что при большом объеме энергия лазера поглощается матрицей в большей степени, и температура расплавленной ванны недостаточно высока. Поэтому для заготовок большого объема необходимо использовать более мощное оборудование для наплавки, чтобы повысить коэффициент использования порошка.
(7) размер частиц порошка
Порошок для высокоскоростной лазерной наплавки имеет короткое время взаимодействия со светом, поэтому необходимо выбирать порошок с соответствующим размером частиц в зависимости от мощности лазера. Крупные частицы порошка приведут к тому, что порошок не расплавится в течение ограниченного времени, что вызовет разбрызгивание.
Выше перечислены семь основных факторов, влияющих на коэффициент использования порошка для высокоскоростной лазерной наплавки. Для повышения коэффициента использования порошка и снижения себестоимости процесса наплавки необходимо подобрать соответствующие технические параметры оборудования и параметры процесса наплавки в соответствии со специфическими условиями оборудования и обрабатываемой детали.
Здесь еще раз подчеркивается, что коэффициент использования порошка должен учитывать коэффициент использования порошка на протяжении всего технологического процесса, а не только на этапе простой наплавки. Коэффициент использования порошка при обычной лазерной наплавке может достигать 100%, но общий коэффициент использования порошка часто составляет менее 50%.
Дата публикации: 24 августа 2022 г.