Lasercladdingtechnologie, een geavanceerde methode voor oppervlaktetechniek, maakt gebruik van lasers met hoge energie om metaalpoeder en het substraatoppervlak gelijktijdig te smelten, waarbij metallurgisch gebonden legeringscoatings worden gevormd na snelle stolling. Dit geavanceerde lasercladdingproces zorgt voor uitstekende corrosiebestendigheid, slijtvastheid en hittebestendigheid van werkstukoppervlakken, waardoor het breed wordt toegepast in diverse industriële toepassingen.

Bij praktische lasercladdingtoepassingen streven de meeste industriële gebruikers naar coatings met een hoge vlakheid. Hoe vlakker het oppervlak, hoe minder nabewerking nodig is, wat metaalpoeder bespaart en de productiekosten aanzienlijk verlaagt. De vlakheid van de laserclad coating wordt voornamelijk beïnvloed door drie factoren: de vlakheid van een enkele cladding pass, de dikte van een enkele pass en de overlap tussen aangrenzende cladding passes.

Invloed van de vorm van de spot op de kwaliteit van de lasercladding

Tijdens het lasercladproces werken de oppervlaktespanning en de bevochtigbaarheid van het gesmolten metaal op elkaar in, wat leidt tot duidelijk verschillende smeltspoorprofielen afhankelijk van de vorm van de laserspot. Bij gebruik van kleine ronde spots (3 mm-5 mm) voor lasercladden, vormt het smeltspooroppervlak meestal een bolle vorm in plaats van het gewenste vlakke oppervlak. Bij gebruik van grotere rechthoekige spots (10 mm-30 mm) daarentegen, verhinderen factoren zoals de uniformiteit van de poedertoevoer en de uniformiteit van de spotintensiteit dat de enkele claddinglaag de ideale vlakheid bereikt.

De kritieke rol van overlappingssnelheid in lasercladding

Bij lasercladden moeten aangrenzende smeltsporen elkaar tot op zekere hoogte overlappen, een parameter die cruciaal is voor de vlakheid van de uiteindelijke coating. De overlappingssnelheid (R) wordt als volgt berekend:
R = D/W × 100%
Waar D de overlapbreedte is en W de bekledingsbreedte in één keer. Als een stapgrootte d wordt gebruikt (de afstand die de laser na elke pas vooruit beweegt), kan de overlappingssnelheid worden uitgedrukt als:
R = (W-d)/W × 100%

Uit de formule blijkt duidelijk dat hoe kleiner de stapgrootte, hoe groter de overlappingssnelheid, wat betekent dat de smeltsporen elkaar meer overlappen. In het geval van rechthoekig puntlasercladden is de overlappingssnelheid meestal lager dan 50%. Een hoge overlapsnelheid kan de efficiëntie van het cladden negatief beïnvloeden, terwijl een overlapsnelheid lager dan 50% schommelingen in de laagdikte veroorzaakt.

Prestatievergelijking van cirkelvormige versus rechthoekige puntgrootte in laserbekleding

Laten we aannemen dat de dikte van de bekleding per doorgang 1 mm is. In het proces met rechthoekige spots is het dunste deel van de coating ongeveer 1 mm, terwijl het dikste deel theoretisch 2 mm kan bereiken (iets minder in de praktijk). Daarom kan het bij lange rechthoekige punten moeilijk zijn om aan de hoge eisen voor vlakheid van bekledingslagen te voldoen.

Het lasercladdingproces met cirkelvormige spots van 3-5 mm groot heeft daarentegen een aanzienlijk voordeel. Het principe hierachter verschilt van dat van rechthoekige spots: rechthoekige spots bereiken de vereiste claddingdikte meestal door een enkele laag (of hooguit twee), terwijl de lasercladdingdikte van 3-5 mm met ronde spots wordt bereikt door meerdere overlappende lagen.

Als we bijvoorbeeld een 5 mm cirkelvormige spot gebruiken met een stapgrootte van 1 mm (80% overlappingssnelheid), zijn er vijf lagen smeltsporen van 0,2 mm dik nodig om een coating van 1 mm dik te krijgen. Deze stapeling van meerdere lagen is een belangrijk verschil tussen lasercladding met een kleine ronde punt en met een rechthoekige punt.

Werkelijke effectiviteit van hogesnelheidslasercladding

Door het 3-5 mm cirkelvormige puntlasercladdingproces toe te passen, kan een uitzonderlijk hoge vlakheid (minder dan 10 micron) worden bereikt. Figuur 2 toont de testresultaten van de vlakheid van coatings geproduceerd door Zhongke Zhongmei met 3-5 mm cirkelvormige spots, waarbij de vlakheid een uitstekend Ra5-6μm niveau bereikte.

Conclusie: Het optimaliseren van de selectie van spots voor het lasercladdingproces

Op basis van bovenstaande analyse kan een duidelijke conclusie worden getrokken: Bij lasercladdingtoepassingen die een hoge vlakheid vereisen, zijn de vorm en grootte van de laserspot kritieke procesparameters. Het 3-5 mm cirkelvormige puntlasercladdingproces bereikt de vereiste claddingdikte door hoge overlappingssnelheden en het stapelen van meerdere lagen, waardoor het de beste keuze is voor coatings met een hoge vlakheid. Voor lasercladdingtoepassingen die gericht zijn op coatingkwaliteit en daaropvolgende verwerkingskosten, zijn cirkelspots ongetwijfeld de superieure optie.

Bij specifieke lasercladdingprojecten moeten technici het spottype en de procesparameters kiezen op basis van factoren zoals werkstukvereisten, productie-efficiëntie en economische overwegingen om ervoor te zorgen dat de lasercladdingkwaliteit optimaal is.