Welche Faktoren hängen mit der Nutzungsrate von Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißpulver zusammen?
Die Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißtechnologie hat sich deutlich verbessert. Das Streben nach einer Verbesserung der Verarbeitungseffizienz und einer Senkung der Verarbeitungskosten ist ungebrochen. Die weitere Senkung der Verarbeitungskosten ist nach wie vor ein wichtiger Aspekt der Forschung zum Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen.
Da die Pulverkosten 80–90 % der Gesamtkosten des Laserauftragschweißens ausmachen, ist die Verbesserung der Pulverausnutzung ein wichtiges technisches Problem beim Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen. Daher müssen wir herausfinden, welche Faktoren die Pulverausnutzung beim Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen beeinflussen. Wir werden diese Faktoren einzeln besprechen und Möglichkeiten zur Verbesserung der Pulverausnutzung beim Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen erörtern.
(1) Punktgröße des Schmelzbades
Der wichtigste Faktor für die Auslastung von Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißpulver ist die Punktgröße des Schmelzbades, d. h. die Größe des Laserstrahls auf der Substratoberfläche. Je nach Laserleistung kann die Größe des Schmelzbades zwischen 1 mm und 5 mm gewählt werden. In der Praxis ist es notwendig, die richtige Größe des Schweißbades entsprechend der Laserleistung des Geräts zu wählen.
Ein zu kleiner Schmelzbadfleck führt zu einer geringen Pulverausnutzung; ein zu großer Schmelzbadfleck führt zu einer Verschlechterung der Ebenheit der Beschichtungsoberfläche. Eine Vergrößerung des Schmelzbadflecks kann die Pulverausnutzung verbessern, ein zu großer Schmelzbadfleck verringert jedoch die Ebenheit der Beschichtung, sodass auch der nachfolgende Schleif- und Polierprozess zu Pulververschwendung führt. Selbst beim Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen ist die Pulverausnutzung nicht nur im Auftragschweißprozess, sondern auch nach dem Schleifen und Polieren im gesamten Auftragschweißprozess relevant.
(2) Durchmesser der Pulveraustrittsöffnung des Beschichtungskopfes
Der Durchmesser der Pulveraustrittsöffnung des Beschichtungskopfes bestimmt die Dicke des Pulverstroms. Je kleiner die Öffnung, desto feiner der Pulverstrom, aber je feiner der Pulverstrom, desto schneller verteilt sich der Pulverstrom. Bei der tatsächlichen Arbeit sollte der geeignete Durchmesser der Pulveraustrittsöffnung entsprechend der Beschichtungshöhe und der Punktgröße des Schmelzbades gewählt werden, um sicherzustellen, dass der Pulverfleckdurchmesser auf der Substratoberfläche kleiner ist als der Punktdurchmesser des Schmelzbades, da sonst Pulver, das über die Punktgröße des Schmelzbades hinausgeht, verloren geht und verschwendet wird.
(3) Laserleistung
Die Laserleistung sollte ausreichend hoch sein, um sicherzustellen, dass das in den Schmelzbadfleck fallende Pulver vollständig geschmolzen werden kann. Bei konstanter Pulverzufuhrmenge und anderen Parametern gilt: Je höher die Laserleistung, desto höher die Pulverausnutzungsrate.
(4) Größe der Pulverzufuhr
Bei der Bestimmung der Laserleistung des Geräts gilt: Je geringer die Pulverzufuhrmenge, desto höher die Pulverausnutzung. Eine Reduzierung der Pulverzufuhrmenge beeinträchtigt jedoch die Plattierungseffizienz. Wird die Plattierungseffizienz nicht berücksichtigt, kann die Pulverausnutzung durch Steuerung der Pulverzufuhrmenge 100 % erreichen, diese Vorgehensweise ist jedoch sinnlos.
(5) Mantellineargeschwindigkeit
Die Lineargeschwindigkeit beim Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen ist um ein Vielfaches oder sogar Zehnfaches höher als beim herkömmlichen Laserauftragschweißen. Bei hoher Relativgeschwindigkeit zwischen Substrat und Auftragskopf ist die kinetische Energie der Pulverpartikel auf der Substratoberfläche hoch, wodurch der Pulverausstoß stark ist und die Pulverausnutzungsrate reduziert wird. Darüber hinaus gilt bei der Bestimmung der Laserleistung: Je höher die Relativgeschwindigkeit zwischen Auftragskopf und Substrat, desto niedriger die Temperatur des Schmelzbades und desto geringer die Pulverausnutzungsrate.
(6) Werkstückvolumen
Bei gleichen Plattierungsparametern ist die Pulverausnutzungsrate umso geringer, je größer der Durchmesser (das Volumen) des Werkstücks ist. Dies liegt daran, dass bei großem Volumen die Laserenergie stärker von der Matrix absorbiert wird und die Temperatur des Schmelzbades nicht hoch genug ist. Daher ist bei Werkstücken mit großem Volumen der Einsatz von leistungsstärkeren Plattierungsanlagen erforderlich, um die Pulverausnutzungsrate zu verbessern.
(7) Pulverpartikelgröße
Das Hochgeschwindigkeits-Laserbeschichtungspulver hat eine kurze Wechselwirkungszeit mit Licht. Daher ist es notwendig, das Pulver mit der entsprechenden Partikelgröße entsprechend der Laserleistung auszuwählen. Die großen Pulverpartikel führen dazu, dass das Pulver nicht innerhalb einer begrenzten Zeit schmilzt, was zu Spritzverlusten durch Ausstoß führt.
Die oben genannten sieben Hauptfaktoren beeinflussen die Auslastung von Hochgeschwindigkeits-Laser-Auftragspulver. Um die Auslastung des Pulvers zu verbessern und die Verarbeitungskosten der Auftragsbearbeitung zu senken, ist es notwendig, geeignete Hardware- und Auftragsbearbeitungsparameter entsprechend den spezifischen Bedingungen der Anlage und des Auftragswerkstücks auszuwählen.
Auch hier sei betont, dass bei der Pulverausnutzungsrate die Pulverausnutzungsrate des gesamten Verarbeitungsprozesses und nicht die Pulverausnutzungsrate des einfachen Plattierungsprozesses berücksichtigt werden sollte. Die Pulverausnutzungsrate beim gewöhnlichen Laserplattieren kann 100 % erreichen, die Gesamtpulverausnutzungsrate liegt jedoch oft unter 50 %.
Veröffentlichungszeit: 24. August 2022