Inleiding: Inzicht in laserbekleding en scheurvorming

Lasercladding, een geavanceerde technologie voor oppervlaktemodificatie, kent wijdverspreide toepassingen bij industriële reparatie en revisie. Er ontstaan echter vaak scheuren in de gecladde laag tijdens de eigenlijke verwerking, voornamelijk door een onjuiste procesbeheersing, wat de kwaliteit en prestaties van het werkstuk aanzienlijk beïnvloedt. Dit artikel bespreekt de oorzaken van scheuren en presenteert belangrijke maatregelen om scheurvorming bij lasercladden tegen te gaan.

Tijdens het lasercladdingproces wordt het werkstuk snel verhit onder de hoogenergetische laserstraal, met verhittingssnelheden van 10⁶ tot 10⁷ K/s. De oppervlaktetemperatuur van het basismateriaal kan onmiddellijk 10⁵ K overschrijden. De oppervlaktetemperatuur van het basismateriaal kan direct 10⁵ K overschrijden en wordt dan snel afgekoeld in de aanwezigheid van inerte gassen zoals argon. Door verschillen in de thermische uitzettingscoëfficiënt, elasticiteitsmodulus en andere fysische eigenschappen tussen het basismateriaal en de beklede laag veroorzaakt deze plotselinge temperatuurverandering een aanzienlijke thermische spanning. Wanneer de spanning de vloeigrens van de beklede laag overschrijdt, worden er scheuren gevormd. Daarom is het effectief beheersen van het thermisch gedrag en de materiaalcompatibiliteit tijdens het lasercladdingproces cruciaal voor het voorkomen van scheurvorming.

Hoe scheuren in laserbekleding systematisch te onderdrukken

Om scheuren in lasercladding systematisch te verminderen, worden de volgende drie strategieën voorgesteld:

1. Controle warmtebehandeling

Warmtebehandeling speelt een sleutelrol bij het reguleren van de spanningstoestand bij lasercladden. Ten eerste, het voorverwarmen van het basismateriaal tot een temperatuur van 200-400°C vermindert de temperatuurgradiënt tussen het basismateriaal en de gecladde laag aanzienlijk, vertraagt de koelsnelheid en vermindert daardoor de thermische spanningsconcentratie. Na het lasercladden moet een langzame koelbehandeling of een spanningsarm gloeiproces worden toegepast om het vrijkomen van spanningen binnen de gecladde laag te bevorderen, waardoor scheurvorming en uitzetting verder worden voorkomen.

2. Controle grondstoffen

De materiaalkeuze heeft een directe invloed op het succes van het lasercladproces. Voor het basismateriaal moeten hoogwaardige gesmolten materialen met een uniforme samenstelling en minimale porositeit en insluitingen worden gekozen om een goede hechting met de gecladde laag te garanderen. Voor poedermaterialen moeten legeringspoeders met een goede taaiheid worden gekozen en elementen zoals B, Si en C moeten zorgvuldig worden gecontroleerd. Hoewel B en Si bepaalde slakvormende eigenschappen hebben, kunnen ze, als ze niet op tijd verwijderd worden, insluitingen vormen die de scheurgevoeligheid verhogen. Terwijl C de hardheid en slijtvastheid verhoogt, kan een te hoog gehalte de brosheid aanzienlijk verhogen. Bovendien moet bij het toevoegen van versterkende fasen zoals WC of TiN, hun verhouding nauwkeurig gecontroleerd worden om spanningsconcentratie te voorkomen die veroorzaakt wordt door lokale verrijking van elementen. Het wordt ook aanbevolen om het poeder voor te behandelen voor het lasercladden, zoals vacuümverwarming op 200°C gedurende 2 uur om vocht en vluchtige stoffen te verwijderen, wat de kwaliteit van het cladden verbetert.

3. Procescontrole bekleding

Het optimaliseren van de lasercladding procesparameters is een effectieve manier om scheuren te onderdrukken. Ten eerste is het essentieel om de poedertoevoersnelheid onder controle te houden en de claddingdikte van één laag in het bereik van 1,0-1,5 mm te houden om spanningsconcentratie door ongelijke laagdikte te voorkomen. Het gebruik van een lijnlaserspot voor lasercladden wordt aanbevolen om de single-pass cladding breedte te vergroten en de warmteverdeling te verbeteren. Daarnaast is fijnafstemming van het laservermogen, de scansnelheid en de spotdiameter nodig om ervoor te zorgen dat het poeder zijn optimale smelttoestand bereikt en resulteert in een uniforme en dichte gecladde laag. Tot slot moet het hele lasercladdingproces uitgevoerd worden in een beschermende atmosfeer om oxidatie en vervuiling te voorkomen, zodat de kwaliteit van de gecladde laag gewaarborgd blijft.

Conclusie: Succesvoller laserbekleden door uitgebreide strategieën

Samenvattend: door gebruik te maken van een combinatie van warmtebehandelingscontrole, materiaaloptimalisatie en fijnafstemming van procesparameters kan het succespercentage van lasercladding aanzienlijk worden verbeterd en kunnen scheuren effectief worden onderdrukt. Deze strategieën zullen een bredere toepassing van lasercladdingtechnologie bij hoge-precisie fabricage bevorderen, waardoor de rol van lasercladding in diverse industriële sectoren verder zal toenemen.