В 1974 году Гнанамуту из компании ACVO EVERETT RES LAB INC в США представил первый патент на лазерную наплавку (US3952180A), положивший начало фундаментальным исследованиям в области технологии лазерной наплавки. Однако из-за ограничений лазерных технологий промышленное развитие лазерной наплавки долгое время шло медленно. Лишь в XXI веке, с развитием высокомощных лазерных технологий, началось индустриализация этой технологии. лазерная оболочка Технологический процесс начал ускоряться.

Технология лазерной наплавки предлагает множество преимуществ, таких как низкое разбавление, минимальный подвод тепла и универсальность материалов. Со временем появились различные типы лазерная оболочка Разработаны технологии, широко применяемые в таких областях, как аддитивное производство, восстановление и обработка поверхностей. Наиболее распространенные типы лазерная оболочка Технологии можно классифицировать по типу материала и форме сопряжения лазерного луча и материала. К ним относятся: коаксиальная порошковая лазерная наплавка, внеосевая порошковая лазерная наплавка (также известное как лазерная наплавка с боковой подачей порошка), высокоскоростная лазерная наплавка (также известный как сверхскоростная лазерная наплавка), и высокоскоростная лазерная наплавка проволокой.

Коаксиальная порошковая лазерная наплавка

Коаксиальная порошковая лазерная наплавка Обычно используется полупроводниковый волоконный лазер и дисковый пневматический податчик порошка. Наплавочная головка использует круглое световое пятно с центральным выходным отверстием, куда порошок подается вокруг лазерного луча или несколькими потоками. Для обеспечения схождения потока порошка, лазерного луча и потока защитного газа в одной точке устанавливается специальный канал для защитного газа. Это образует расплавленную ванну в фокусе, и по мере перемещения наплавочной головки относительно заготовки на поверхности формируется наплавленный слой.

Преимущества коаксиальной порошковой лазерной наплавки:

• Высокая степень свободы, простая автоматизацияПоскольку нанесение покрытия может производиться в любом направлении, процесс легко автоматизировать. Наплавочная головка может свободно перемещаться над любой частью заготовки, что позволяет наносить покрытие на детали сложной формы. При использовании в качестве 3D-печатающей головки, коаксиальная порошковая лазерная наплавка может выполнять 3D лазерная печать.
• Защита расплавленного металла инертным газомПорошок переносится газом и защищен инертным газом, что минимизирует окисление. Процесс наплавки в контролируемой инертной атмосфере обеспечивает более высокое качество покрытия с меньшим количеством оксидов.
• Небольшой расплавленный слой, равномерный нагрев, хорошая устойчивость к растрескиванию.: коаксиальная порошковая лазерная наплавка Этот процесс обеспечивает равномерный нагрев порошка, в результате чего образуется меньшая по размеру расплавленная ванна. Это делает плакирующий слой устойчивым к растрескиванию, даже при работе с такими твердыми материалами, как карбид вольфрама.

Области применения: Коаксиальная порошковая лазерная наплавка Широко используется для обработки прецизионных деталей, таких как валы, шестерни, корпуса и компоненты сложной формы, для модификации поверхности и аддитивного восстановления. В металлообработке 3D печатьЕго часто используют для получения деталей, близких к окончательной форме, и для подготовки градиентных материалов.

Лазерная порошковая наплавка под углом

Внеосевая порошковая лазерная наплавка Лазерная наплавка с боковой подачей порошка (также известная как лазерная наплавка с боковой подачей порошка) обычно использует полупроводниковый лазер с прямым выходным сигналом или полупроводниковый волоконный лазер с гравитационным податчиком порошка. Наплавочная головка использует прямоугольное световое пятно с боковой широкополосной подачей порошка. Во время работы порошок сплава подается на поверхность заготовки, где он сканируется лазерным лучом, образуя расплавленную ванну, которая охлаждается, создавая наплавленный слой.

Преимущества лазерной порошковой наплавки со смещением оси:

• Высокая эффективность использования материала: По сравнению с коаксиальная порошковая лазерная наплавкаиспользование материалов внеосевая порошковая лазерная наплавка Может достигать эффективности более 95%. Порошок предварительно позиционируется на заготовке, и лазерный луч расплавляет его без потерь, которые часто наблюдаются при коаксиальной подаче.
• Повышенная эффективность облицовкиБлагодаря использованию прямоугольного светового пятна этот метод повышает эффективность наплавки. Более высокая мощность лазера и большая ширина пятна позволяют достигать ширины наплавки до 30 мм с эффективностью наплавки до 1 м/ч или 12 кг/ч.
• Отсутствие расхода инертных газов: Внеосевая порошковая лазерная наплавка В данном методе используется гравитационная подача порошка, и он не требует применения инертного газа, что позволяет экономить на материалах. Однако для работы этого метода необходим сжатый воздух, и он может быть не столь эффективен для материалов, склонных к окислению.

Применение: Этот метод обычно применяется для обработки более крупных и простых деталей, таких как гидравлические цилиндры, ролики и другие крупные детали, в процессах поверхностного напыления и аддитивного восстановления.

Сверхскоростная лазерная наплавка

Разработан Институтом лазерных технологий им. Фраунгофера (Fraunhofer ILT) в Германии. сверхскоростная лазерная наплавка Это прорывная технология, продвигаемая в Китае с 2017 года. В этой технологии используются высококачественные волоконные лазеры и высокоточные высокоскоростные лазерные наплавочные головки, а также высокоскоростные системы перемещения. Лазерный луч и поток порошка точно связаны, что позволяет порошку расплавиться до попадания в расплавленную ванну, что приводит к значительному увеличению скорости наплавки — до 200 метров в минутупо сравнению с традиционными скоростями в 2 метра в минуту.

Преимущества сверхскоростной лазерной наплавки:

• Высокая эффективность использования лазерной энергииКонструкция лазерного луча, потока порошка и соединения с инертным газом значительно снижает потери на отражение и рассеяние, повышая энергоэффективность. В то время как традиционные методы... лазерная оболочка Технологии, такие как коаксиальные и внеосевые методы, имеют коэффициент использования энергии около 35%. сверхскоростная лазерная наплавка Достигается коэффициент использования энергии около 65%.
• Высокая эффективность облицовкиБлагодаря более высокой энергоэффективности, сверхскоростная лазерная наплавка Это позволяет достигать чрезвычайно высоких скоростей наплавки и получать тонкие слои, что приводит к очень высокой эффективности наплавки (до 0.7 м/с и более).
• Низкая степень разбавленияБлагодаря высокой скорости сканирования, расплавленная ванна существует недолго, что приводит к низкой степени разбавления и обеспечивает высокое качество плакирующего слоя.
• Хорошая шероховатость поверхности и устойчивость к растрескиванию.Облицовка, изготовленная по этой технологии, обладает низкой шероховатостью и превосходной устойчивостью к растрескиванию.

Области применения: Сверхскоростная лазерная наплавка Идеально подходит для высокопроизводительного нанесения покрытий на крупные детали и для случаев, требующих минимального разбавления, например, для защиты поверхности новых деталей или высокоэффективных покрытий для существующих компонентов.

Высокоскоростная лазерная наплавка проволокой

высокоскоростная лазерная наплавка проволокой Эта технология представляет собой лазерную наплавку нового поколения, разработанную для удовлетворения рыночных требований к экологичному, высокоэффективному и высококачественному производству. В этой технологии используются высокоточные системы подачи проволоки с волоконными лазерами для наплавки металлической проволокой в ​​качестве исходного материала.

Преимущества высокоскоростной лазерной наплавки проволокой:

• Экологически чистыеВ отличие от традиционной лазерной наплавки на основе порошка, высокоскоростная лазерная наплавка проволокой Не образует пыли, дыма и отходов металлической пыли, что делает его более экологичным.
• Высокая эффективность использования материалаМеталлическая проволока полностью расплавляется и образует плакирующий слой без пролития или отходов, обеспечивая коэффициент использования материала до 99%.
• Высокая эффективность облицовкиБлагодаря 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.
• Низкий подвод тепла, минимальная деформацияЭтот метод требует меньшего количества энергии и обеспечивает меньший подвод тепла, минимизируя деформацию заготовки. Технология идеально подходит для обработки деликатных компонентов, таких как тонкостенные или удлиненные детали.

Области применения: Высокоскоростная лазерная наплавка проволокой Широко используется для защиты поверхности, аддитивного восстановления и облицовки деталей, подверженных деформации, таких как длинные валы или тонкостенные компоненты.

Заключение

Эволюция лазерная оболочка Технологии, от традиционных до сверхскоростных методов, значительно расширили возможности промышленного производства. Эти достижения в лазерная оболочка Они отличаются высокой степенью использования материалов, повышенной эффективностью и экологически чистыми процессами, что делает их идеальными для различных применений в таких отраслях, как аэрокосмическая, автомобильная и машиностроительная.

Лазерная наплавка Технологии продолжают развиваться и будут играть все более важную роль в развитии передового производства, предлагая существенные экономические и экологические преимущества. По мере более широкого внедрения эти технологии произведут революцию в подходах промышленности к обработке поверхностей и аддитивному производству, предоставив мощный инструмент для удовлетворения современных производственных потребностей.