Principio del rivestimento laser e introduzione

Processo di rivestimento: il rivestimento laser può essere suddiviso approssimativamente in due categorie in base al metodo di fornitura dei materiali di rivestimento, ovvero rivestimento laser preimpostato e rivestimento laser sincrono.

Il rivestimento laser preimpostato consiste nel posizionare in anticipo il materiale di rivestimento sulla parte di rivestimento della superficie del substrato, quindi utilizzare l'irradiazione del raggio laser per scansionare e sciogliere. Il materiale di rivestimento viene aggiunto sotto forma di polvere o filo e la forma di polvere è quella più comunemente utilizzata.

Il rivestimento laser sincrono consiste nell'inviare materiali di rivestimento in polvere o filo nella vasca fusa in modo sincrono attraverso l'ugello durante il processo di rivestimento. Il materiale di rivestimento viene aggiunto sotto forma di polvere o filo, tra i quali la forma di polvere è quella più comunemente utilizzata.

Il processo principale del rivestimento laser preimpostato è: pretrattamento della superficie del rivestimento del substrato --- materiale di rivestimento preimpostato --- preriscaldamento --- rivestimento laser --- trattamento termico successivo.

Il flusso di processo principale del rivestimento laser sincrono è: pretrattamento superficiale del rivestimento del substrato---preriscaldamento---rivestimento laser sincrono---post trattamento termico.

Secondo il flusso del processo, i processi relativi al rivestimento laser sono principalmente il metodo di pretrattamento della superficie del substrato, il metodo di alimentazione del materiale di rivestimento, il preriscaldamento e il trattamento termico successivo.

Principio di funzionamento del laser:

Il set completo di apparecchiature per rivestimento laser è costituito da: laser, unità di raffreddamento, meccanismo di alimentazione della polvere, tavolo di lavorazione, ecc.

Selezione di laser: i tipi di laser tradizionali supportano il processo di rivestimento laser, come laser a CO2, laser a stato solido, laser a fibra, laser a semiconduttore, ecc.

Parametri di processo

I parametri di processo del rivestimento laser includono principalmente potenza del laser, diametro del punto, velocità del rivestimento, quantità di sfocatura, velocità di alimentazione della polvere, velocità di scansione, temperatura di preriscaldamento, ecc. Questi parametri hanno una grande influenza sul tasso di diluizione dello strato di rivestimento, sulle crepe, sulla rugosità superficiale e compattezza delle parti di rivestimento. I parametri si influenzano anche a vicenda, il che è un processo molto complicato e devono essere utilizzati metodi di controllo ragionevoli per controllare questi parametri entro l'intervallo consentito del processo di rivestimento laser.

Il rivestimento laser ha 3 importanti parametri di processo

potenza del laser

Maggiore è la potenza del laser, maggiore è la quantità di metallo di rivestimento fuso e maggiore è la probabilità di porosità. All'aumentare della potenza del laser, aumenta la profondità dello strato di rivestimento, il metallo liquido circostante fluttua violentemente e la solidificazione dinamica cristallizza, in modo che il numero di pori venga gradualmente ridotto o addirittura eliminato e anche le crepe vengano gradualmente ridotte. Quando la profondità dello strato di rivestimento raggiunge la profondità limite, all'aumentare della potenza, la temperatura superficiale del substrato aumenta e il fenomeno della deformazione e della fessurazione si intensifica. Se la potenza del laser è troppo piccola, si scioglie solo il rivestimento superficiale e il substrato non si scioglie. In questo momento si verificano fessurazioni locali sulla superficie dello strato di rivestimento. Pilling, vuoti, ecc., non riescono a raggiungere lo scopo del rivestimento superficiale.

Diametro del punto

Il raggio laser è generalmente circolare. La larghezza dello strato di rivestimento dipende principalmente dal diametro dello spot del raggio laser, il diametro dello spot aumenta e lo strato di rivestimento diventa più ampio. Differenti dimensioni dei punti causeranno cambiamenti nella distribuzione dell'energia sulla superficie dello strato di rivestimento, e la morfologia dello strato di rivestimento ottenuto e le proprietà della microstruttura sono piuttosto diverse. In generale, la qualità dello strato di rivestimento è migliore quando la dimensione dello spot è piccola e la qualità dello strato di rivestimento diminuisce all'aumentare della dimensione dello spot. Tuttavia, il diametro del punto è troppo piccolo, il che non favorisce l'ottenimento di uno strato di rivestimento di ampia superficie. [3]

Velocità del rivestimento

La velocità di rivestimento V ha un effetto simile alla potenza del laser P. Se la velocità di rivestimento è troppo elevata,la polvere di leganon può essere completamente fuso e non si ottiene l'effetto di un rivestimento di alta qualità; se la velocità di rivestimento è troppo bassa, il bagno di fusione esiste per troppo tempo, la polvere viene bruciata eccessivamente, gli elementi di lega vengono persi e l'apporto di calore della matrice è elevato. aumenterà la quantità di deformazione.

I parametri del rivestimento laser non influenzano indipendentemente la qualità macroscopica e microscopica dello strato di rivestimento, ma si influenzano a vicenda. Per illustrare l’effetto complessivo della potenza del laser P, del diametro dello spot D e della velocità del rivestimento V, viene proposto il concetto di energia specifica Es, vale a dire:

Es=P/(DV)

Cioè, l'energia di irradiazione per unità di superficie e fattori come il laserdensità di potenzae la velocità del rivestimento possono essere considerate insieme.

La riduzione dell'energia specifica è utile per ridurre il tasso di diluizione e ha anche una certa relazione con lo spessore dello strato di rivestimento. In condizioni di potenza laser costante, il tasso di diluizione dello strato di rivestimento diminuisce con l'aumento del diametro dello spot e quando la velocità del rivestimento e il diametro dello spot sono costanti, il tasso di diluizione dello strato di rivestimento aumenta con l'aumento della potenza del raggio laser. Inoltre, all'aumentare della velocità di rivestimento, diminuisce la profondità di fusione del substrato e diminuisce il tasso di diluizione dello strato di rivestimento dal materiale del substrato.

Nel rivestimento laser multi-pass, il tasso di sovrapposizione è il fattore principale che influiscela rugosità superficialedello strato di rivestimento. Quando il tasso di sovrapposizione aumenta, la rugosità superficiale dello strato di rivestimento diminuisce, ma è difficile garantire l'uniformità della parte sovrapposta. La profondità dell'area di sovrapposizione tra i binari di rivestimento è diversa dalla profondità del centro dei binari di rivestimento, il che influisce sull'uniformità dell'intero strato di rivestimento. Inoltre, verrà sovrapposta la tensione di trazione residua del rivestimento multi-pass, il che aumenterà il valore di tensione totale locale e aumenterà la sensibilità alle fessurazioni dello strato di rivestimento. Il preriscaldamento e il rinvenimento possono ridurre la tendenza alla fessurazione dello strato di rivestimento.