Úvod: Porozumění laserovému plátování a tvorbě trhlin

Laserové plátování, pokročilá technologie modifikace povrchu, má široké uplatnění v průmyslových opravách a repasích. Během vlastního zpracování se však v plátované vrstvě často vytvářejí trhliny, zejména v důsledku nesprávné kontroly procesu, což významně ovlivňuje kvalitu a výkonnost obrobku. Tento článek se zabývá příčinami vzniku trhlin a představuje klíčová opatření k potlačení vzniku trhlin při laserovém plátování.

Během procesu laserového plátování se obrobek rychle zahřívá pod vysokoenergetickým laserovým paprskem, přičemž rychlost ohřevu dosahuje 10⁶ až 10⁷ K/s. Povrchová teplota základního materiálu může okamžitě překročit 10⁵ K a poté je rychle ochlazován za přítomnosti inertních plynů, jako je argon. Vzhledem k rozdílům v koeficientu tepelné roztažnosti, modulu pružnosti a dalších fyzikálních vlastnostech základního materiálu a plátované vrstvy vyvolává tato náhlá změna teploty značné tepelné namáhání. Když napětí překročí mez kluzu plátované vrstvy, vytvoří se trhliny. Účinná kontrola tepelného chování a kompatibility materiálu během procesu laserového plátování je proto rozhodující pro zabránění vzniku trhlin.

Jak systematicky potlačit trhliny v laserovém plátování

K systematickému snižování trhlin v laserovém plášti jsou navrženy následující tři strategie:

1. Řízení tepelného zpracování

Tepelné zpracování hraje klíčovou roli při regulaci stavu napětí v laserovém plátování. Za prvé, předehřátí základního materiálu na teplotu 200-400 °C výrazně snižuje teplotní gradient mezi základním materiálem a plátovanou vrstvou, zpomaluje rychlost ochlazování, a tím snižuje koncentraci tepelného napětí. Po procesu laserového plátování by se mělo použít pomalé ochlazování nebo proces žíhání na uvolnění napětí, aby se podpořilo uvolnění napětí v plátované vrstvě, což dále zabrání vzniku trhlin a expanzi.

2. Kontrola surovin

Výběr materiálů přímo ovlivňuje úspěšnost procesu laserového plátování. Pro základní materiál by měly být vybrány vysoce kvalitní tavené materiály s jednotným složením a minimální pórovitostí a inkluzemi, aby byla zajištěna dobrá vazba s plátovanou vrstvou. Pro práškové materiály by měly být vybrány slitinové prášky s dobrou houževnatostí a prvky jako B, Si a C musí být pečlivě kontrolovány. Přestože B a Si mají určité struskotvorné schopnosti, pokud nejsou včas odstraněny, mohou tvořit inkluze, které zvyšují citlivost na trhliny. C sice zvyšuje tvrdost a odolnost proti opotřebení, ale jeho nadměrný obsah může výrazně zvýšit křehkost. Navíc při přidávání zpevňujících fází, jako je WC nebo TiN, by měl být jejich poměr přesně kontrolován, aby se zabránilo koncentraci napětí způsobené lokálním obohacením prvků. Před laserovým plátováním se rovněž doporučuje prášek předupravit, například vakuovým ohřevem při 200 °C po dobu 2 hodin, aby se odstranila vlhkost a těkavé látky, což zlepšuje kvalitu plátování.

3. Řízení procesu opláštění

Optimalizace parametrů procesu laserového plátování je účinným způsobem, jak potlačit trhliny. Za prvé je nezbytné řídit rychlost podávání prášku a udržovat tloušťku jednovrstvého plátování v rozmezí 1,0-1,5 mm, aby se zabránilo koncentraci napětí způsobené nerovnoměrnou tloušťkou vrstvy. Pro laserové plátování se doporučuje používat čárový laserový bod, aby se zvětšila šířka jednoprůchodového plátování a zlepšilo se rozložení tepla. Kromě toho je nutné jemně vyladit výkon laseru, rychlost skenování a průměr bodu, aby se zajistilo, že prášek dosáhne optimálního stavu tavení a výsledkem bude rovnoměrná a hustá plátovaná vrstva. A konečně, celý proces laserového plátování by měl probíhat v ochranné atmosféře, aby se zabránilo oxidaci a kontaminaci a zajistila se kvalita plátované vrstvy.

Závěr: Zvýšení úspěšnosti laserového plátování prostřednictvím komplexních strategií

Souhrnně lze říci, že kombinací řízení tepelného zpracování, optimalizace materiálu a jemného doladění procesních parametrů lze výrazně zvýšit úspěšnost laserového plátování a účinně potlačit trhliny. Tyto strategie podpoří širší uplatnění technologie laserového plátování ve vysoce přesné výrobě a dále posílí její úlohu v různých průmyslových odvětvích.