Szybkie napawanie laserowe, jako zaawansowana technologia inżynierii powierzchni, oferuje znaczące korzyści w zakresie poprawy właściwości materiałów i naprawy uszkodzonych komponentów. Jednak ze względu na złożoność parametrów procesu i zmieniające się czynniki środowiskowe, szybkie napawanie laserowe może napotkać różne problemy jakościowe w praktycznych zastosowaniach. Niniejszy artykuł zawiera systematyczny przegląd typowych problemów i przyczyn związanych z szybkim napawaniem laserowym, zapewniając wgląd w optymalizację procesu.

1. Wiązanie powłoki i wady metalurgiczne

W przypadku szybkiego napawania laserowego jakość wiązania między powłoką a podłożem ma bezpośredni wpływ na wydajność pracy. Poniżej przedstawiono typowe wady związane z wiązaniem:

1.1 Peeling

Łuszczenie odnosi się do oderwania powłoki od powierzchni podłoża. Główną przyczyną jest to, że podłoże nie utworzyło skutecznego jeziorka, co prowadzi do słabego wiązania metalurgicznego między proszkiem a podłożem. W przypadku szybkiego napawania laserowego, niska moc, nadmierna ilość proszku i wysoka prędkość skanowania mogą utrudniać tworzenie się jeziorka stopu. Ponadto zanieczyszczenia, takie jak olej lub warstwy galwaniczne na powierzchni przedmiotu obrabianego, mogą również uniemożliwić prawidłowe wiązanie.

1.2 Pęknięcia

Pęknięcia są powszechnymi defektami w szybkich napawarkach laserowych, często związanymi z koncentracją naprężeń termicznych i niedopasowaniem materiałów. Pęknięcia są bardziej prawdopodobne, gdy podłoże ma wysoką twardość (np. po hartowaniu lub nawęglaniu), warstwy zmęczeniowe lub gdy proszek ma wysoką twardość i duże współczynniki skurczu. Wrażliwość na pękanie jest szczególnie wysoka w przypadku stosowania proszków na bazie niklu lub wielowarstwowego napawania laserowego.

1.3 Porowatość

Porowatość znacznie zmniejsza gęstość powłoki i jej odporność na korozję. W przypadku szybkiego napawania laserowego przyczyny porowatości są różne, w tym rdza lub olej na podłożu, zanieczyszczenia lub wilgoć w proszku, niestabilny przepływ proszku, nadmiar proszku, niewystarczająca moc lub wysoka prędkość skanowania.

2. Jakość powierzchni powłoki i kwestie morfologiczne

2.1 Nadmiernie unoszący się proszek i brak metalicznego połysku

Problem ten poważnie wpływa na jakość powierzchni po szybkim napawaniu laserowym. Może to wynikać z nadmiaru proszku, niskiej mocy, wysokiej prędkości skanowania, dużej wysokości dyszy, małego rozmiaru plamki lasera lub zanieczyszczenia soczewek optycznych, powodując niepełne stopienie proszku i słabe zwilżenie.

2.2 Wżery po szlifowaniu

Wżery są zazwyczaj spowodowane niepełnym lub niewystarczającym stopieniem proszku. Problem ten jest powszechny w procesach z niską mocą, nadmierną ilością proszku lub wysoką prędkością skanowania, które są typowymi przejawami słabego dopasowania energii proszku w szybkim napawaniu laserowym.

2.3 Ukośne zmarszczki na powłoce

Te wady morfologiczne są zwykle związane z przegrzanym basenem stopu i są bardziej prawdopodobne, gdy moc jest zbyt wysoka, temperatura basenu stopu jest zbyt wysoka lub proszek jest nadmiernie upłynniony. Może to mieć wpływ na wygląd i dokładność wymiarową części napawanej laserem o dużej prędkości.

3. Podawanie proszku i kwestie stabilności procesu

3.1 Przyczepność proszku do dyszy

Przywieranie proszku do dyszy może zakłócać przepływ proszku, wpływając na stabilność szybkiego napawania laserowego. Przyczyny obejmują nadmierne wyrzucanie proszku, zwiększoną temperaturę dyszy, małą odległość roboczą dyszy lub szorstkie lub zanieczyszczone powierzchnie dyszy. Odpowiednie przesunięcie głowicy napawającej może pomóc złagodzić ten problem.

3.2 Zatykanie się proszku

Zatykanie się proszku bezpośrednio przerywa szybki proces napawania laserowego. Najczęstsze przyczyny to opóźnione czyszczenie przylegającego proszku, słaba płynność proszku, wilgoć lub zanieczyszczenia w proszku oraz nierównomierne rozprowadzanie proszku w systemach wielokrotnego podawania.

3.3 “Syczący” hałas podczas okładzin

Nietypowy hałas podczas procesu platerowania często wskazuje na problem w procesie. Może on być spowodowany zanieczyszczeniem proszkiem, wilgocią lub brudnym podłożem. Wysoka gęstość mocy może prowadzić do parowania metalu w basenie stopu, powodując hałas i wpływając na odporność na korozję powłoki napawania laserowego.

3.4 Rozpryski iskier podczas napawania

Silne rozpryski iskier mogą zagrozić bezpieczeństwu procesu i jakości powłoki. Zwykle występuje, gdy prędkość skanowania jest zbyt wysoka, gęstość mocy jest zbyt wysoka, moc i podawanie proszku są niedopasowane lub przepływ gazu jest zbyt duży, co oznacza nadmierny pobór energii w szybkim procesie napawania laserowego.

3.5 Niestabilny przepływ proszku prowadzący do nierównej powłoki

Stabilny przepływ proszku jest niezbędny do uzyskania jednolitej powłoki napawania laserowego o dużej prędkości. Niestabilność przepływu proszku jest często spowodowana zużytymi zgarniaczami, zablokowanymi kanałami podawania proszku, niewystarczającym przepływem gazu, słabymi uszczelnieniami podajnika proszku lub wyciekami powietrza w rurach podających proszek.

3.6 Zmniejszona wydajność okładziny (cieńsza powłoka)

Zmniejszona wydajność oznacza pogorszenie stanu systemu. Możliwe przyczyny to zanieczyszczenie soczewek ochronnych, zużyte skrobaki, niewłaściwa odległość robocza, zużyte otwory proszkowe powodujące bardziej szorstki przepływ proszku lub spadek mocy lasera.

4. Wnioski

Szybkie napawanie laserowe to technologia wymagająca precyzyjnej kontroli parametrów procesu. Występowanie wyżej wymienionych problemów jest często ściśle związane z dopasowaniem parametrów, stanem sprzętu i zarządzaniem materiałami. Systematyczne zrozumienie przyczyn tych wad ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia wysokiej jakości szybkiego napawania laserowego i rozszerzenia jego zastosowania. Poprzez ciągłą optymalizację procesu i wzmocnienie jego monitorowania, można skutecznie poprawić stabilność i wydajność szybkiego napawania laserowego.