Технология лазерной наплавки , представляющая собой сложный метод обработки поверхности, использует высокоэнергетические лазеры для одновременного расплавления металлического порошка и поверхности подложки, образуя металлургически связанные сплавные покрытия при быстром затвердевании. Этот передовой процесс лазерной наплавки обеспечивает превосходную коррозионную стойкость, износостойкость и термостойкость обрабатываемых поверхностей, что делает его широко применяемым в различных отраслях промышленности.

В практическом применении лазерной наплавки большинство промышленных пользователей стремятся к получению покрытий с высокой плоскостностью. Чем ровнее поверхность, тем меньше требуется последующей полировки, что позволяет экономить металлический порошковый материал и значительно снижать производственные затраты. Следует отметить, что на плоскостность лазерного наплавленного покрытия в основном влияют три фактора: плоскостность одного прохода наплавки, толщина одного прохода и степень перекрытия между соседними проходами наплавки.

Влияние формы пятна на качество лазерной наплавки

В процессе лазерной наплавки поверхностное натяжение и смачиваемость расплавленного металла взаимодействуют, что приводит к существенно различным профилям следов расплава в зависимости от формы лазерного пятна. При использовании небольших круглых пятен (3–5 мм) для лазерной наплавки поверхность следа расплава обычно имеет выпуклую форму, а не желаемую плоскую поверхность. И наоборот, при использовании больших прямоугольных пятен (10–30 мм) такие факторы, как равномерность подачи порошка и равномерность интенсивности пятна, препятствуют достижению идеальной плоскостности одного слоя наплавки.

Критическая роль коэффициента перекрытия при лазерной наплавке

In лазерная оболочкаСоседние расплавленные дорожки должны перекрываться в определенной степени, что является решающим параметром для ровности конечного покрытия. Коэффициент перекрытия (R) рассчитывается следующим образом:
R = D/W × 100%
где D — это ширина перекрытия и W — это ширина облицовки за один проход. Если указан шаг. d Если используется значение (расстояние, на которое лазер перемещается вперед после каждого прохода), то коэффициент перекрытия можно выразить следующим образом:
R = (Wd)/W × 100%

Из формулы ясно, что чем меньше шаг, тем больше коэффициент перекрытия, то есть пути расплава будут перекрываться сильнее. В случае лазерной наплавки в виде прямоугольного пятна коэффициент перекрытия обычно составляет менее 50%. Высокий коэффициент перекрытия может негативно повлиять на эффективность наплавки, а коэффициент ниже 50% вызовет колебания толщины покрытия.

Сравнительный анализ характеристик лазерной наплавки при использовании круглых и прямоугольных пятен.

Предположим, что толщина покрытия за один проход составляет 1 мм. В процессе с использованием прямоугольных пятен самая тонкая часть покрытия составляет около 1 мм, в то время как самая толстая часть теоретически может достигать 2 мм (на практике немного меньше). Поэтому длинным прямоугольным пятнам может быть сложно обеспечить высокие требования к плоскостности покрытий.

Напротив, процесс лазерной наплавки с использованием круглых пятен размером 3-5 мм демонстрирует значительное преимущество. Принцип его работы отличается от принципа работы с прямоугольными пятнами: прямоугольные пятна обычно обеспечивают необходимую толщину наплавленного слоя за один слой (или максимум за два), тогда как толщина наплавленного слоя с использованием круглых пятен размером 3-5 мм достигается за счет многослойного перекрывающегося нанесения.

Например, при использовании круглого пятна диаметром 5 мм с шагом 1 мм (80% перекрытия) для получения покрытия толщиной 1 мм потребуется пять слоев расплавленных дорожек толщиной 0.2 мм. Эта характеристика многослойного нанесения является ключевым отличием лазерной наплавки с малым круглым пятном от лазерной наплавки с прямоугольным пятном.

Реальная эффективность высокоскоростной лазерной наплавки

Применение процесса лазерной наплавки с круглым пятном диаметром 3-5 мм позволяет достичь исключительно высокой плоскостности (менее 10 микрон). На рисунке 2 показаны результаты испытаний на плоскостность покрытий, полученных методом Zhongke Zhongmei с использованием круглого пятна диаметром 3-5 мм, где плоскостность достигла превосходного уровня Ra5-6 мкм.

Заключение: Оптимизация выбора пятна для процесса лазерной наплавки.

На основании проведенного анализа можно сделать однозначный вывод: в процессах лазерной наплавки, требующих высокой плоскостности, форма и размер лазерного пятна являются критически важными параметрами процесса. Процесс лазерной наплавки с круглым пятном диаметром 3-5 мм обеспечивает необходимую толщину наплавленного слоя за счет высокой степени перекрытия и многослойной укладки, что делает его наилучшим выбором для получения покрытий с высокой плоскостностью. Для процессов лазерной наплавки, ориентированных на качество покрытия и последующие технологические затраты, круглые пятна, несомненно, являются лучшим вариантом.

В конкретных проектах лазерной наплавки инженеры должны выбирать тип пятна и параметры процесса, исходя из таких факторов, как требования к заготовке, эффективность производства и экономические соображения, чтобы обеспечить достижение оптимального качества лазерной наплавки.