Лазерная наплавка — сложный процесс, требующий тщательной подготовки перед включением лазера.
Вот некоторые из ключевых шагов, участвующих в этом процессе.
Шаг 1 – Подготовка поверхности
Металлические заготовки и слитки имеют защитное поверхностное покрытие. Эти покрытия обычно представляют собой масла, используемые для предотвращения ржавчины, металлического покрытия или оксидов (в случае алюминия).
Вам необходимо удалить нежелательные соединения и примеси из металла и придать поверхности шероховатость — более шероховатая поверхность приводит к лучшему сцеплению металла при сварке. Крошечные неровности и впадины на поверхности обеспечивают отличные точки крепления для прилипания расплавленного присадочного металла.
Шаг 2 – Доставка присадочного металла
Присадочный металл, обычно мелкодисперсный металлический порошок, подается из воздушного сопла с инертным газом (азот или аргон). Инертные газы предотвращают окисление, удаляют нежелательные поверхностные загрязнения и сохраняют сварные швы чистыми и свободными от шлака.
Изготовление тонкодисперсных и однородных металлических порошков — дорогостоящий процесс. Создание металлического порошка обычно требует больше усилий, чем сама сварка лазерным наплавлением.
Поэтому во многих машинах для лазерного осаждения вместо этого используются тонкие металлические проволоки. Проволока может подаваться вручную или автоматически с помощью двигателя и роликовой системы рядом с лазерной головкой.
Следует отметить, что при сварке присадочный металл может быть таким же, как и заготовка, а покрытие поверхности – разным.
Шаг 3 – Локальный лазерный нагрев
Точная система ЧПУ направляет мощный лазерный луч в нужное место. Лазер расплавляет поверхность заготовки и поступающий присадочный металл менее чем за секунду.
Лазерный луч вводит фиксированное количество энергии в заготовку, а область выделения энергии контролируется мощностью лазерного источника и диаметром пятна. Диаметр лазерного пятна — это размер точки контакта между лазером и заготовкой.
Чем больше размер пятна, тем больше времени требуется, чтобы расплавить поверхность. Меньший диаметр пятна означает, что вся энергия лазера концентрируется в крошечном пятне, что сокращает время плавления.
Меньший размер пятна означает большую точность и сокращение времени сварки. Это также сводит к минимуму деформацию материала, поскольку тепло концентрируется в одной точке и избыточное тепло не передается в окружающую среду.
Шаг 4 – Наложение слоев и несколько проходов
Лазерное напыление металла (LMD) не ограничивается сваркой, его также часто используют для создания компонентов с нуля. После первого прохода лазера лазерная головка проходит еще один цикл и наносит новый слой материала поверх первого слоя. Повторяйте этот процесс, пока не достигнете желаемой высоты.
В аддитивном производстве слои продолжаются до тех пор, пока не будет построена вся деталь. Напротив, для сварки требуется только один или два слоя.
Толщина слоя и количество слоев помогают контролировать количество наплавляемого металла.
Шаг 5 – Охлаждение и затвердевание
Поскольку тепло локализовано, область сварки также остывает относительно быстро, почти сразу после того, как лазер покидает место сварки.
Процесс LMD включает в себя передачу энергии непосредственно в небольшую точку на заготовке. Меньшие точки контакта означают, что энергия используется более эффективно, поэтому лазер может двигаться быстрее.
Более быстрый лазер означает меньше общей энергии и тепла, выделяемых в заготовку. Меньше выделяемого тепла означает более быстрое охлаждение. Быстрое охлаждение дает дополнительный побочный эффект в виде улучшения микроструктуры.
7 преимуществ лазерной наплавки
Лазерное напыление металлов (LMD) — это результат многолетних исследований в области аддитивных технологий. Каждый аспект лазерного осаждения металлов разработан с единственной целью — улучшение традиционных процессов.
Вот некоторые из самых больших преимуществ лазерной сварки наплавкой в современных производственных процессах.
1. Более быстрое время сварки
Мощный лазер быстро расплавляет заготовку, а контроллер ЧПУ быстро перемещает лазерную головку из одной точки в другую, что обеспечивает невероятно быстрое время сварки.
Автоматическая подача стола обеспечивает непрерывную сварку без остановок во время процесса. Сварка с компьютерным управлением также сводит к минимуму ошибки, экономя больше времени на производстве.
Управление и оптимизация различных параметров процесса лазерной наплавки повышает эффективность сварки и сокращает время производства.
2. Повышенная точность и контроль.
Почти каждая машина для лазерного напыления металла автоматизирована и управляется компьютером, за исключением нескольких портативных моделей. Высокая точность и контроль позволяют выполнять более сложные сварные швы на более высоких скоростях.
Лишь немногие опытные сварщики могут сравниться по точности и точности с автоматическими лазерными сварочными аппаратами.
3. Более качественные сварные швы.
Мелкие частицы порошка присадочного материала более эффективно заполняют зазоры, в результате чего сварной шов становится прочнее. Поскольку все предварительно измеряется и контролируется компьютером, количество наносимого металла является именно тем, что необходимо, а это означает, что расплавленная ванна остается постоянной на протяжении всего процесса.
Кроме того, внутренние форсунки используются для предотвращения образования шлака и окисления металла, а также для сдувания мелких фрагментов испаренного металла.
4. Нулевая деформация источника тепла.
Традиционные процессы сварки приводят к выделению большого количества нежелательного тепла к основному материалу. Небольшое количество тепла передается паяному соединению, а остальная часть просачивается в окружающую среду, вызывая деформацию (деформацию) металла.
Лазерное напыление металла — это чрезвычайно точный процесс, при котором лазерный луч плавит лишь небольшую часть заготовки и не более того. Этот процесс настолько эффективен, что его часто используют для сварки по всей поверхности, поскольку нет необходимости беспокоиться о деформации материала.
Поверхностная сварка — это процесс покрытия одного материала другим материалом (или материалами) для улучшения качества поверхности и износостойкости.
5. Более широкая совместимость материалов.
Сварка становится сложнее по мере перехода к более качественным и редким материалам. Традиционный процесс подходит для обычных материалов, таких как железо, медь, нержавеющая сталь и даже алюминиевые сплавы. Но есть особые случаи, когда приходится иметь дело с твердыми металлами, такими как вольфрам, летучими металлами, такими как магний, и мягкими металлами, такими как золото.
Лазерное напыление металла поддерживает широкий спектр металлов, сплавов и даже некоторых видов керамики. Используя LMD, вы можете сваривать следующие материалы.
Никелевый сплав
Карбид вольфрама
магниевый сплав
чугун
Алюминиевый сплав
Сплав на основе кобальта
Титановый сплав
медь
Сталь
и т. д.
6. Сокращение материальных отходов
Лазерная сварка сводит к минимуму отходы материала. Металлический порошок подается в заготовку с контролируемой скоростью подачи, чтобы избежать чрезмерного или недостаточного осаждения. В отличие от традиционной сварки, в которой используется присадочный стержень, при лазерной наплавке используется непрерывная проволока и частицы порошка.
Используйте только необходимое количество наполнителя, а остальное оставьте для следующего сварного шва.
7. Сократите работу по постобработке
Поскольку лазерное напыление металла обеспечивает более чистые сварные швы, зачастую вам даже не нужно выполнять какую-либо постобработку. При сварке нет необходимости зачищать заготовку щеткой, стачивать лишние лужи, выправлять деформации.
Сокращение постобработки может сэкономить много времени на производстве и значительно повысить производительность.