1. Overzicht van lasercladdingtechnologie

Lasercladding is een geavanceerde technologie voor oppervlaktebehandeling en -reparatie, waarbij voornamelijk bekledingsmateriaal op een substraatoppervlak wordt aangebracht. Een laserstraal met hoge energie wordt gebruikt om het bekledingsmateriaal te smelten, waarna het snel stolt en een metallurgisch gebonden laag vormt. Deze technologie verbetert de oppervlakte-eigenschappen van materialen aanzienlijk, waaronder slijtvastheid en corrosiebestendigheid, waardoor hoogwaardige reparaties en versterking van componenten mogelijk worden.

Vergeleken met traditionele oppervlaktebehandelingstechnieken zoals galvaniseren en thermisch spuiten, zijn de coatings die met lasercladding worden geproduceerd uniformer, dichter en hebben ze fijnere korrels. Bovendien is de door warmte beïnvloede zone kleiner en zijn de verdunningspercentages regelbaar, wat bredere industriële toepassingsmogelijkheden biedt. Traditionele lasercladdingprocessen hebben echter ook beperkingen, zoals een verdunningspercentage dat doorgaans hoger is dan 10%. Om effectieve bescherming te bereiken, zijn dikkere coatings nodig en kan de oppervlakteruwheid te hoog zijn, waardoor extra bewerking nodig is en materiaal en tijd verloren gaan. Bovendien kan de hoge warmte-input bij traditionele processen thermische spanning en scheurvorming in het substraat veroorzaken, en is de productie-efficiëntie niet geschikt voor snelle bekleding van grote oppervlakken, wat de verdere toepassing ervan beperkt.

2. Inleiding tot de hogesnelheidslaserbekledingstechnologie

De afgelopen jaren heeft de hogesnelheidslaserbekledingstechnologie aanzienlijke doorbraken geboekt op het gebied van zowel procesefficiëntie als coatingkwaliteit. Deze technologie maakt gebruik van een coaxiale poedertoevoermethode, waardoor de laserenergie geconcentreerder op de poederstroom wordt gericht. Het poeder wordt geheel of gedeeltelijk gesmolten voordat het in het smeltbad terechtkomt, wat de warmte-input naar het substraat aanzienlijk vermindert en de bekledingsefficiëntie en het poedergebruik verhoogt.

Hogesnelheidslasercladdingapparatuur is doorgaans modulair opgebouwd, wat onderhoud en vervanging van componenten vereenvoudigt en tegelijkertijd de consistentie en herhaalbaarheid van het proces waarborgt. De spuitmondstructuur is bovendien flexibel, waardoor deze zich kan aanpassen aan verschillende verwerkingsgebieden. Nieuwe supersnelle lasercladdingkoppen optimaliseren het optische pad en de poederstroom, waardoor het energieverbruik en de processtabiliteit verder worden verbeterd en gladdere coatings met een lagere ruwheid worden verkregen.

Naar verwachting zal lasercladding met hoge snelheid geleidelijk de traditionele lasercladdingtechnologie vervangen en de gangbare methode worden in oppervlaktebehandeling en -reparatie. Lasercladding is echter een complex proces waarbij meerdere parameters met elkaar in wisselwerking staan. Het is daarom essentieel dat gebruikers het mechanisme en de belangrijkste procescontrolepunten grondig begrijpen. De volgende paragrafen geven een overzicht van de werkingsprincipes, de belangrijkste procesparameters, hun effecten en veelvoorkomende problemen bij lasercladding met hoge snelheid.

3. Werkingsprincipe van hogesnelheidslaserbekleding

Het fundamentele principe van lasercladding met hoge snelheid is het gebruik van een laserstraal met hoge energie om het metaalpoeder dat in de lucht wordt gespoten direct te smelten, waarbij tegelijkertijd het substraatoppervlak smelt en een smeltbad vormt. Het gesmolten poeder en het substraatmateriaal hechten zich metallurgisch aan elkaar in het smeltbad, waarna het mengsel snel afkoelt en stolt tot een hoogwaardige oppervlaktecoating. De juiste lasercladdingparameters zijn cruciaal voor het verkrijgen van coatings van hoge kwaliteit.

4. Belangrijke procesparameters en hun invloed op lasercladding met hoge snelheid

1. Laservermogen

Het laservermogen bepaalt de hoeveelheid poeder die per tijdseenheid kan worden gesmolten en de efficiëntie van het bekledingsproces. Een laag vermogen kan leiden tot onvolledige poedersmelting, met putjes, zwakke hechting en een lage coatinghardheid tot gevolg. Aan de andere kant kan een te hoog vermogen de smeltpool oververhitten, wat rimpels in het oppervlak of zelfs metaalverdamping kan veroorzaken.

2. Poedertoevoersnelheid

De poedertoevoersnelheid beïnvloedt de absorptie en verdeling van laserenergie. Een te hoge poedertoevoer kan leiden tot onvoldoende energie om al het poeder te smelten, met als gevolg slechte hechting, putjes en afbladdering. Een te lage poedertoevoer verhoogt het poedergebruik, maar vereist nauwkeurige controle om de continuïteit en dikte van de coating te garanderen.

3. Scansnelheid

De scansnelheid beïnvloedt de laagdikte en de hechtkwaliteit. Bij een te hoge snelheid kan er geen effectieve smeltlaag op het substraat ontstaan, wat resulteert in een zwakke hechting en gemakkelijk loslaten. Door de snelheid op de juiste manier te verhogen, kan de hardheid van de coating en het poedergebruik worden verbeterd.

4. Overlappercentage

De mate van overlapping beïnvloedt de oppervlaktekwaliteit en de verdunningsgraad van de coating. Een hoge mate van overlapping (kleine stapgrootte) resulteert in een gladder oppervlak en een lagere verdunningsgraad, terwijl een lage mate van overlapping leidt tot zichtbare strepen en een hogere verdunning.

5. Gasstroomsnelheid

De gasstroom dient een dubbel doel: het transporteren van poeder en het beschermen van het smeltbad. Een onvoldoende gasstroom kan leiden tot verstopping van het poeder, terwijl een te hoge gasstroom het poederverbruik vermindert. Argon wordt doorgaans gebruikt als beschermgas, omdat het een betere oxidatiebescherming biedt dan stikstof, wat de kwaliteit van de lasercladdingcoating ten goede komt.

6. Hoogte van de spuitmond

De hoogte van de spuitmond beïnvloedt de poederconvergentie en het poedergebruik. Een te grote spuitmondhoogte veroorzaakt poederverspreiding, waardoor de efficiëntie afneemt, terwijl een te kleine hoogte kan leiden tot poederaanhechting aan de spuitmond, wat het normale lasercladdingproces verstoort.

5. Veelvoorkomende problemen en oorzaken bij lasercladding met hoge snelheid

Afbladderende coatingDit gebeurt wanneer het substraat geen smeltbad vormt en het poeder zich niet metallurgisch aan het substraat hecht. Veelvoorkomende oorzaken zijn een laag vermogen, een te hoge poedertoevoer, een hoge scansnelheid of verontreiniging van het substraatoppervlak met olie of coatings.

ScheurenScheurvorming wordt doorgaans veroorzaakt door een hoge hardheid van het substraat, vermoeiingslagen of een hoge hardheid van het poeder. Meerdere bekledingslagen kunnen spanningsaccumulatie veroorzaken, en nikkelhoudende poeders zijn hier bijzonder gevoelig voor.

poreusheidVeroorzaakt door roest, olieverontreiniging op het substraat, onzuiverheden in het poeder, vocht of onjuiste procesparameters zoals onvoldoende vermogen, overmatige poedertoevoer of een te hoge scansnelheid.

Overmatig poeder en gebrek aan metaalglansDit wordt meestal veroorzaakt door een te hoge poedertoevoer, onvoldoende vermogen, een hoge scansnelheid, een te hoge spuitmondhoogte of niet-overeenkomende laserpunten.

Putjes ontstaan ​​na het slijpenDit is vaak het gevolg van onvoldoende vermogen, een te hoge poedertoevoer of een te hoge scansnelheid waardoor het poeder niet volledig smelt.

Schuine rimpels: Veroorzaakt door te veel vermogen, een te hoge smelttemperatuur of overmatige vloeibaarwording van het poeder.

Hechting van poeder aan het mondstukDit houdt verband met een te hoge poedertoevoer, een hoge spuitmondtemperatuur, een te lage spuitmondhoogte of een te ruw oppervlak. Excentrische instellingen van de bekledingskop kunnen dit probleem verhelpen.

Verstopping door poederDit wordt vaak veroorzaakt door een slechte poederdoorstroming, onzuiverheden, vocht of een slecht functionerend poedertoevoersysteem. Een ongelijkmatige poederverdeling in systemen met meerdere toevoerkanalen kan ook verstoppingen veroorzaken.

Sissend geluid tijdens het bekledenDit kan het gevolg zijn van poederverontreiniging, vocht, een onreine ondergrond of een te hoog vermogen dat leidt tot metaalverdamping, wat de corrosiebestendigheid van de coating kan beïnvloeden.

Vonken spetterenDit wordt veroorzaakt door een hoge scansnelheid, een hoge vermogensdichtheid, een grote gasstroom of een onevenwichtige verhouding tussen vermogen en poedertoevoersnelheid.

Instabiele poederstroomDit wordt veroorzaakt door slijtage van de schraper, verstoppingen in de poedertoevoerkanalen, een te lage gasstroom of een slechte afdichting van de poedertoevoer, wat leidt tot een ongelijkmatige coating.

Verminderde gevelbekledingsefficiëntieDit komt vaak door vervuiling van de beschermlens, slijtage van de schraper, een onjuiste werkafstand, versleten poedergaten of verminderd laservermogen.

6. Conclusie

Lasercladding met hoge snelheid, als een lasercladdingtechnologie van de volgende generatie, biedt aanzienlijke voordelen op het gebied van efficiëntie, warmteontwikkeling en oppervlaktekwaliteit. Het ontwikkelt zich tot een belangrijke richting voor oppervlakteverbetering en herfabricage. Het beheersen van de principes en de controle van de belangrijkste parameters, evenals het identificeren en oplossen van veelvoorkomende defecten, zijn cruciaal voor de toepassing ervan in de praktijk. Met de voortdurende vooruitgang in de bijbehorende apparatuur en materialen zal lasercladding met hoge snelheid een vitale rol spelen in steeds meer industriële sectoren.