激光熔覆是一个非常复杂的物理过程,除了激光功率及扫描速率,还有光斑直径、熔覆速度、离焦量、送粉速度、预热温度、送粉方式,高速激光熔覆机会对熔覆层的孔隙率、硬度、结合强度、稀释率、冷热疲劳性能、表面粗糙度等有很大影响,须采用合理的控制办法将这些参数控制在激光熔覆工艺允许的范围内。通过深入分析不同参数对激光熔覆层质量的影响,探究出合适的激光熔覆工艺及高性能激光熔覆层,对促进激光熔覆的广泛应用具有重要意义。
高速激光熔覆机加工参数主要包括激光功率、搭接率、熔覆速度、送粉量、送粉气压和保护气气压等5项关键参数。
(1)激光功率:激光器单位时间内输出的能量。高速激光熔覆一般用kW级激光器,如中科中美生产的ZKZM-2000W和ZKZM-4000W在市场上推广应用较多,可满足大部分的科研和生产需求。
(2)搭接率:搭接率一方面影响熔覆层表面粗糙度,另一方面影响熔覆效率。高速熔覆的搭接率较高,一般为60%-80%(普通熔覆的搭接率为30%-50%)。
(3)熔覆速度:熔覆线速度和熔覆效率均可表示熔覆速度大小。中科中美ZKZM-4KW熔覆实测线速度可做到5m/min-100m/min,在熔覆厚度0.2-1.2mm时,熔覆效率每小时0.5-1.2平方米。
(4)送粉量:高速熔覆的送粉量主要与粉末熔点特性、激光功率、工件运动线速度有关,既要保证粉末充分熔化,同时粉末也不能过烧。
(5)送粉气压和保护气气压,高速熔覆的送粉方式为气动送粉,送粉气压要与送粉量想匹配。保护气气压的选择既要在熔池周围形成保护区域,减少氧化,也不能太大,影响粉末的飞行路径。
检测参数是在高速熔覆完成后,对熔覆层质量好坏的衡量参数,主要包括熔覆层厚度、结合强度、孔隙率、稀释率、表面粗糙度、硬度耐磨性等6项关键参数。
高速激光熔覆机熔覆前准备
1)车削后的立柱通过专用工装装夹到旋转设备上,并对立柱表面熔覆区域进行除锈、除油;
2)粉末烘干待用;
3)熔覆前对激光器镜头进行擦拭(采用脱脂棉配合酒精)。
高速激光熔覆机熔覆注意事项
1)熔覆厚度观察。可能由于粉末受潮、粒径不均匀或送粉器的磨损、松动等因素影响,可能在熔覆过程中,送粉末发生明显的变化,导致熔覆厚度不均匀;
在熔覆过程中,要佩戴专用眼镜多观察熔覆厚度的变化及送粉管送粉的均匀性;
2)熔覆温度测量,由于在熔覆过程中,立柱内腔通水冷却,目的是降低热量累计引起的变形,使用测温枪在立柱轴向方向测量光斑后20~30mm处温度(<50℃);
高速激光熔覆机熔覆在整个金属表面处理修复行业有着非常大的技术优势,伴随着以中科中美为代表的高速激光熔覆整体行业的不断发展壮大以及国内高速熔覆设备的升级完善,高速激光熔覆工艺势必会在我国金属表面处理行业占据重要地位,面临巨大的发展前景!
旁轴送粉激光熔覆技术也叫侧向送粉激光熔覆技术,其一般采用半导体直输出激光器或半导体光纤输出激光器和重力送粉器,高速激光熔覆机熔覆头采用矩形光斑+旁轴宽带送粉方案。熔覆头工作时,合金粉末经送粉嘴输送至工件表面进行预置,随着熔覆头与工件做相对运动,矩形的激光束扫描预置的合金粉末并将其熔化形成熔池,冷却后形成熔覆层。
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