Laserové opláštění Technologie spočívá v umístění vybraného plášťového materiálu na povrch substrátu pomocí různých metod plnění. Laserovým zářením se tenká vrstva na povrchu substrátu roztaví a rychle ztuhne, čímž se vytvoří metalurgicky spojený povrchový povlak s velmi nízkým zředěním. Tím se výrazně zlepšují povrchové vlastnosti materiálu substrátu, jako je odolnost proti opotřebení, odolnost proti korozi, tepelná odolnost, oxidační odolnost a elektrické vlastnosti.

Klasifikace laserového plátování

Na základě typu použitých materiálů a jejich vazby s laserovým paprskem jsou běžné. laserové opláštění Technologie lze rozdělit na: koaxiální práškové laserové plátování, mimoosé práškové laserové plátování (nazývané také boční práškové laserové plátování), vysokorychlostní laserové plátování (nazývané také ultravysokorychlostní laserové plátování) a vysokorychlostní drátové laserové plátování.

Koaxiální práškové laserové plátování

Koaxiální prášek laserové opláštění obvykle používá polovodičový vláknový laser a kotoučový podavač prášku s plynovou náplní. Plátovací hlava využívá schéma kruhového světelného bodu s centrálním světelným paprskem a práškem přiváděným kolem něj nebo několika proudy prášku. Díky speciálně navrženému kanálu ochranného plynu se prášek, světelný paprsek a ochranný plyn sbíhají v jednom bodě, kde se vytváří kaluž taveniny. Jak se plátovací hlava pohybuje vzhledem k obrobku, vytváří se na povrchu plátovací vrstva.

Výhody koaxiálního práškového laserového plátování:

Vysoká volnost a snadná automatizace: Kvalita obkladové vrstvy zůstává konzistentní bez ohledu na směr pohybu, takže je velmi dobře přizpůsobitelná automatizaci pomocí průmyslových robotů nebo víceosých strojů.

Dobrá ochrana proti inertním plynům: Tavenina je chráněna inertními plyny, což zvyšuje stabilitu procesu.

Malý bazén taveniny, rovnoměrný ohřev a dobrá odolnost proti praskání: Rovnoměrná interakce mezi práškem a světlem zajišťuje lepší kvalitu a trvanlivost potahovaného povrchu.

Laserové plátování práškem mimo osu

Známý také jako boční prášek laserové opláštění, tato metoda využívá polovodičový nebo vláknový laser s gravitačním podavačem prášku. Plátovací hlava využívá obdélníkový světelný bod v kombinaci s bočním podáváním prášku. Prášek slitiny je přiváděn na povrch obrobku a roztaven laserovým paprskem, čímž se vytvoří roztavená lázeň.

Výhody mimoosého plátování práškovým laserem:

Vysoké využití materiálu: Prášek je na povrch předem nanesen před roztavením laserem, čímž se dosáhne využití materiálu nad 95%.

Vysoká účinnost opláštění: Obdélníkový paprsek umožňuje zvýšit výkon laseru a zvětšit velikost skvrny, čímž se zvyšuje rychlost plátování.

Žádná spotřeba inertního plynu: Při této metodě se nespotřebovává inertní plyn, i když je třeba pečlivě zvážit odolnost prášku proti oxidaci.

Velmi rychlé laserové plátování

Tento proces využívá vysoce kvalitní vláknový laser a vysokorychlostní plátovací hlavy k dosažení extrémně vysokých rychlostí plátování (až 200 m/min). Prášek je před vstupem do roztaveného bazénu předehřátý nebo zcela roztavený, což výrazně zkracuje dobu potřebnou k roztavení prášku.

Výhody vysokorychlostního laserového plátování:

Vysoké využití energie laseru: Laserový paprsek účinně zahřívá prášek a obrobek, čímž minimalizuje energetické ztráty a maximalizuje účinnost plátování.

Nízká míra ředění: Při vysokých rychlostech plátování a krátkých dobách působení roztaveného bazénu zůstává míra zředění plátovací vrstvy nízká.

Nízká drsnost povrchu a odolnost proti prasklinám: Tento proces minimalizuje vady v plátované vrstvě a zajišťuje vysoce kvalitní výsledky.

Vysokorychlostní laserové plátování drátem

Vysokorychlostní drát laserové opláštění jako plášťový materiál se používá kovový drát, který se přivádí do laserového paprsku. Kovový drát se roztaví a vytvoří roztavenou lázeň, která ztuhne a vytvoří plátovací vrstvu.

Výhody vysokorychlostního laserového plátování drátem:

Přínosy pro životní prostředí: Použití drátu namísto prášku eliminuje rozstřikování a kovový prach, což zlepšuje ekologické vlastnosti.

Vysoké využití materiálu: Drát je zcela roztavený, což zajišťuje téměř 99% využití materiálu.

Vysoká účinnost opláštění: Řízený příkon energie a vysoká rychlost oplášťování vedou k vysoké účinnosti materiálu.

Vliv procesních parametrů na efekt opláštění

Laserové opláštění Parametry, včetně výkonu laseru, průměru bodu, rychlosti plátování, posunu ohniska, rychlosti posuvu prášku, rychlosti skenování a teploty předehřevu, významně ovlivňují míru zředění plátovací vrstvy, tvorbu trhlin, drsnost povrchu a celkovou hustotu plátovaných dílů. Nesprávné nastavení parametrů může vést ke špatnému metalurgickému spojení mezi plátováním a substrátem, což brání tvorbě vícevrstvých kanálků.

Mezi klíčové parametry procesu patří:

Výkon laseru: Určuje objem roztaveného substrátu. Zvyšování výkonu vede k hlubšímu plátování, ale také zvyšuje pravděpodobnost vzniku pórů. Vyšší výkon však může snížit trhliny a pórovitost zlepšením dynamického tuhnutí během fáze chlazení.

Průměr bodu: Průměr bodu laseru ovlivňuje šířku plášťové vrstvy. Zatímco malé velikosti skvrn poskytují lepší kvalitu, velké skvrny jsou lepší pro pokrytí větších ploch.

Rychlost opláštění: Rychlost plátování má vliv na to, jak dobře se prášek slitiny taví. Pokud je příliš vysoká, prášek se zcela neroztaví; pokud je příliš nízká, bazén se přehřívá, což vede ke ztrátě materiálu.

Vlastnosti technologie tvorby povrchu laserového pláště

Rychlé chlazení a rychlé tuhnutí.

Nízká tepelná deformace, s nízkou mírou ředění a vynikající metalurgickou vazbou mezi nátěrem a podkladem.

Široký výběr materiálů: Na bázi železa, niklu, mědi, titanu a dalších.

Přesná kontrola tloušťky: Tloušťka obložení se pohybuje od 0,2 mm do 2 mm, což je ideální pro obnovu opotřebitelných dílů.

Vysoká přesnost zpracování, vhodné pro malé nebo obtížně zpracovatelné plochy.

Snadná integrace automatizace.

Systémy laserového opláštění

Výběr obkladových materiálů je rozhodující pro dosažení požadované kvality a vlastností povrchu. Výběr vhodných materiálů obvykle závisí na fyzikálních a chemických vlastnostech substrátu a podle toho je třeba zvolit obkladový materiál.

Materiálové systémy:

Prášky ze samopalných slitin: Patří mezi ně prášky na bázi železa, niklu a kobaltu, které se nejčastěji používají v laserovém plátování. Vyznačují se vynikající odolností proti korozi a oxidaci.

Kompozitní prášky: Tyto materiály kombinují keramiku s vysokým bodem tání, jako jsou karbidy, nitridy a boridy, s kovy a vytvářejí prášky ideální pro výrobu povlaků odolných proti opotřebení.

Keramické prášky: Včetně keramiky na bázi oxidů, jako je oxid hlinitý a oxid zirkoničitý, které se běžně používají k výrobě žáruvzdorných povlaků.

Ostatní práškové slitiny: V závislosti na požadavcích aplikace se používají také prášky na bázi mědi, titanu, hliníku a dalších specializovaných slitin.

Závěr

Laserové opláštění se široce používá v průmyslových odvětvích, jako je letecký a automobilový průmysl, petrochemie, metalurgie a železniční doprava, k opravám a vylepšování kritických součástí. Poskytuje nákladově efektivní řešení pro opravu poškozených dílů, laserové opláštění snižuje náklady, zvyšuje efektivitu a výkonnost. Díky pokroku v oblasti výkonných laserů a snížení výrobních nákladů, laserové opláštění se stává aktuálním tématem akademického i průmyslového výzkumu.