В 1974 году Гнанамуту из ACVO EVERETT RES LAB INC в США представил первый патент на лазерную наплавку (US3952180A), что ознаменовало начало фундаментальных исследований в области технологии лазерной наплавки. Однако из-за ограничений в лазерной технологии промышленное развитие лазерной наплавки долгое время шло медленно. Лишь в XXI веке, с развитием технологии мощных лазеров, промышленное внедрение технологии лазерная наплавка технологии начали ускоряться.

Технология лазерной наплавки обладает многочисленными преимуществами, такими как низкий уровень разбавления, минимальное тепловыделение и универсальность материалов. С течением времени различные типы лазерная наплавка Были разработаны технологии, широко применяемые в таких областях, как аддитивное производство, восстановление и обработка поверхностей. Распространенные типы лазерная наплавка Технологии можно классифицировать в зависимости от типа материала и формы соединения лазерного луча и материала. К ним относятся коаксиальная порошковая лазерная наплавка, внеосевая порошковая лазерная наплавка (также известная как лазерная наплавка с боковой подачей порошка), высокоскоростная лазерная наплавка (также известная как сверхскоростная лазерная наплавка), и высокоскоростная проволочная лазерная наплавка.

Коаксиальная порошковая лазерная наплавка

Коаксиальная порошковая лазерная наплавка Обычно используется полупроводниковый волоконный лазер и дисковый пневматический питатель порошка. В наплавочной головке используется круглое световое пятно с центральным выходом, порошок подается вокруг лазерного луча или несколькими потоками. Специальный канал защитного газа устроен таким образом, что поток порошка, лазерный луч и поток защитного газа встречаются в одной точке. В результате в фокусе образуется расплавленный бассейн, и по мере перемещения плакирующей головки относительно заготовки на ее поверхности формируется плакирующий слой.

Преимущества коаксиальной порошковой лазерной наплавки:

• Высокая свобода, легкая автоматизация: Поскольку наплавка может выполняться в любом направлении, процесс легко автоматизировать. Плакирующая головка может свободно перемещаться по любой части заготовки, что позволяет выполнять поверхностную плакировку деталей сложной формы. При использовании в качестве головки для 3D-печати, коаксиальная порошковая лазерная наплавка может выполнять 3D лазерная печать.
• Защита инертным газом расплавленного бассейна: Порошок переносится газом и защищается инертным газом, что сводит к минимуму окисление. Процесс плакирования в контролируемой инертной атмосфере обеспечивает более качественное покрытие с меньшим количеством окислов.
• Малый объем расплава, равномерный нагрев, хорошая трещиностойкость: The коаксиальная порошковая лазерная наплавка Процесс обеспечивает равномерный нагрев порошка, что приводит к уменьшению объема расплавленного бассейна. Это делает наплавленный слой устойчивым к растрескиванию, даже при работе с такими прочными материалами, как карбид вольфрама.

Приложения: Коаксиальная порошковая лазерная наплавка обычно используется для прецизионных деталей, таких как валы, шестерни, корпуса, и деталей сложной формы для модификации поверхности и аддитивного восстановления. В металле 3D-печать, Его часто используют для формирования крупных деталей околосеточной зоны и подготовки градиентных материалов.

Внеосевая порошковая лазерная наплавка

Внеосевая порошковая лазерная наплавка (также известная как лазерная наплавка с боковой подачей порошка) обычно использует полупроводниковый лазер с прямым выходом или полупроводниковый волоконный лазер с гравитационным питателем порошка. В наплавочной головке используется прямоугольное световое пятно с боковой широкополосной подачей порошка. Во время работы порошок сплава подается на поверхность заготовки, где он сканируется лазерным лучом, образуя расплавленный бассейн, который охлаждается для создания плакирующего слоя.

Преимущества внеосевой порошковой лазерной наплавки:

• Высокое использование материалов: По сравнению с коаксиальная порошковая лазерная наплавка, использование материала внеосевая порошковая лазерная наплавка может достигать более 95%. Порошок предварительно размещается на заготовке, и лазерный луч расплавляет его, не расходуя порошок, как это часто бывает при коаксиальных методах подачи.
• Повышенная эффективность облицовки: Благодаря использованию прямоугольного светового пятна этот метод повышает эффективность облицовки. При более высокой мощности лазера и большей ширине пятна можно достичь ширины наплавки до 30 мм, при этом эффективность наплавки может достигать 1 м/ч или 12 кг/ч.
• Нет Расход инертного газа: Внеосевая порошковая лазерная наплавка Использует гравитационную подачу порошка и не требует использования инертного газа, что позволяет экономить на стоимости материалов. Однако этот метод требует использования сжатого воздуха и может быть не столь эффективен для материалов, склонных к окислению.

Области применения: Этот метод обычно применяется для больших и простых деталей, таких как гидравлические цилиндры, ролики и другие крупные детали, при облицовке поверхностей и восстановлении с использованием присадок.

Сверхскоростная лазерная наплавка

Разработан Институтом лазерных технологий Фраунгофера (Fraunhofer ILT) в Германии, сверхскоростная лазерная наплавка это прорывная технология, которая продвигается в Китае с 2017 года. В этой технологии используются высококачественные волоконные лазеры и прецизионные высокоскоростные лазерные плакирующие головки вместе с высокоскоростными или высокоскоростными системами перемещения. Лазерный луч и поток порошка точно соединены, что позволяет порошку расплавиться до попадания в расплавленный бассейн, в результате чего скорость наплавки значительно увеличивается - до 200 метров в минуту, по сравнению с традиционной скоростью 2 метра в минуту.

Преимущества сверхскоростной лазерной наплавки:

• Высокая эффективность использования энергии лазера: Конструкция лазерного луча, потока порошка и соединения инертных газов значительно снижает потери на отражение и рассеяние, повышая энергетическую эффективность. В то время как традиционные лазерная наплавка Такие технологии, как коаксиальный и внеосевой методы, имеют коэффициент использования энергии около 35%, сверхскоростная лазерная наплавка достигает коэффициента использования энергии около 65%.
• Высокая эффективность облицовки: Благодаря более высокой энергоэффективности, сверхскоростная лазерная наплавка Обеспечивает чрезвычайно высокие скорости наплавки и тонкие слои, что приводит к очень высокой эффективности наплавки (до 0,7 м/с и более).
• Низкая степень разбавления: Короткое время существования расплавленной ванны благодаря высокой скорости сканирования приводит к низкому уровню разбавления, обеспечивая качество плакирующего слоя.
• Хорошая шероховатость поверхности и устойчивость к трещинам: Облицовка, произведенная по этой технологии, имеет низкую шероховатость и отличную трещиностойкость.

Приложения: Сверхскоростная лазерная наплавка идеально подходит для высокопроизводительной плакировки крупных деталей и деталей, требующих минимального разбавления, например, для защиты поверхности новых деталей или высокоэффективных покрытий для существующих компонентов.

Высокоскоростная проволочная лазерная наплавка

The высокоскоростная проволочная лазерная наплавка Технология лазерной наплавки нового поколения разработана с учетом требований рынка к экологичности, высокой эффективности и качеству производства. В этой технологии используются высокоточные системы подачи проволоки с волоконными лазерами для выполнения наплавки с использованием металлической проволоки в качестве материала подачи.

Преимущества высокоскоростной проволочной лазерной наплавки:

• Экологически чистый: В отличие от традиционной лазерной наплавки на основе порошка, высокоскоростная проволочная лазерная наплавка Не образует пыли, дыма и отходов металлического порошка, что делает его более экологичным.
• Высокое использование материалов: Металлическая проволока полностью расплавляется и формирует плакирующий слой без утечек и отходов, что позволяет достичь коэффициента использования материала до 99%.
• Высокая эффективность облицовки: Благодаря предварительному нагреву проволоки энергия и время, необходимые для расплавления материала, значительно сокращаются, что приводит к повышению эффективности наплавки по сравнению с традиционной порошковой лазерной наплавкой.
• Низкое тепловыделение, минимальная деформация: Этот метод требует меньше энергии и обеспечивает меньшую тепловую нагрузку, что сводит к минимуму деформацию заготовки. Технология идеально подходит для тонких деталей, например тонкостенных или удлиненных.

Приложения: Высокоскоростная проволочная лазерная наплавка широко используется для защиты поверхности, аддитивного восстановления и плакирования деталей, склонных к деформации, таких как длинные валы или тонкостенные компоненты.

Заключение

Эволюция лазерная наплавка Технологии, от традиционных до сверхскоростных, значительно расширили возможности промышленного производства. Эти достижения в лазерная наплавка обеспечивают высокую степень использования материалов, повышенную эффективность и экологичность процессов, что делает их идеальными для применения в различных отраслях промышленности, таких как аэрокосмическая, автомобильная и тяжелое машиностроение.

Лазерная наплавка Технология продолжает развиваться и будет играть все более важную роль в развитии передового производства, обеспечивая значительные экономические и экологические преимущества. По мере широкого распространения технология будет революционизировать подход к обработке поверхностей и аддитивному производству, предоставляя мощный инструмент для удовлетворения современных производственных потребностей.