Zasada i wprowadzenie napawania laserowego

Proces napawania: Napawanie laserowe można z grubsza podzielić na dwie kategorie w zależności od sposobu dostarczania materiałów okładzinowych, a mianowicie wstępnie napawane napawaniem laserowym i synchronicznym napawaniem laserowym.

Wstępnie ustawione okładziny laserowe polegają na wcześniejszym umieszczeniu materiału okładzinowego na części okładzinowej powierzchni podłoża, a następnie wykorzystaniu naświetlania wiązką lasera do skanowania i stopienia. Materiał okładzinowy dodaje się w postaci proszku lub drutu, przy czym najczęściej stosuje się postać proszku.

Synchroniczne napawanie laserowe polega na synchronicznym wysyłaniu proszku lub drutu do stopionego jeziorka przez dyszę podczas procesu napawania. Materiał okładzinowy dodawany jest w postaci proszku lub drutu, wśród których najczęściej stosowana jest postać proszku.

Głównym procesem wstępnie ustawionego napawania laserowego jest: wstępna obróbka powierzchni okładziny podłoża --- wstępnie ustawiony materiał okładziny --- wstępne podgrzewanie --- nakładanie laserem --- obróbka cieplna po obróbce.

Główny przebieg procesu synchronicznego napawania laserowego to: wstępna obróbka powierzchni okładziny podłoża --- podgrzewanie wstępne --- synchroniczne napawanie laserem --- obróbka cieplna po obróbce.

Zgodnie z przebiegiem procesu procesy związane z napawaniem laserowym to głównie metoda wstępnej obróbki powierzchni podłoża, metoda podawania materiału okładzinowego, podgrzewanie wstępne i obróbka cieplna po obróbce.

Zasada działania lasera:

Kompletny zestaw urządzeń do napawania laserowego składa się z: lasera, jednostki chłodzącej, mechanizmu podawania proszku, stołu obróbczego itp.

Wybór laserów: główne typy laserów obsługują proces napawania laserowego, np. lasery CO2, lasery na ciele stałym, lasery światłowodowe, lasery półprzewodnikowe itp.

Parametry procesu

Parametry procesu napawania laserowego obejmują głównie moc lasera, średnicę plamki, prędkość napawania, wielkość rozogniskowania, prędkość podawania proszku, prędkość skanowania, temperaturę podgrzewania itp. Parametry te mają duży wpływ na stopień rozcieńczenia warstwy okładziny, pęknięcia, chropowatość powierzchni i zwartość części okładziny. Parametry również wpływają na siebie, co jest procesem bardzo skomplikowanym i należy zastosować rozsądne metody kontroli, aby kontrolować te parametry w dopuszczalnym zakresie procesu napawania laserowego.

Napawanie laserowe ma 3 ważne parametry procesu

moc lasera

Im większa moc lasera, tym większa ilość stopionego metalu okładzinowego i większe prawdopodobieństwo porowatości. Wraz ze wzrostem mocy lasera zwiększa się głębokość warstwy okładzinowej, otaczający ciekły metal ulega gwałtownym wahaniom, a dynamiczne krzepnięcie krystalizuje, dzięki czemu liczba porów jest stopniowo zmniejszana lub nawet eliminowana, a także stopniowo zmniejszane są pęknięcia. Gdy głębokość warstwy okładzinowej osiągnie głębokość graniczną, wraz ze wzrostem mocy wzrasta temperatura powierzchni podłoża, nasilają się zjawiska odkształceń i pękania. Jeśli moc lasera będzie zbyt mała, topi się tylko powłoka powierzchniowa, a podłoże nie topi się. W tym czasie na powierzchni warstwy okładzinowej dochodzi do miejscowego spękania. Piling, puste przestrzenie itp. nie spełniają funkcji okładziny powierzchniowej.

Średnica plamki

Wiązka lasera ma zazwyczaj kształt okrągły. Szerokość warstwy okładziny zależy głównie od średnicy plamki wiązki laserowej, średnica plamki wzrasta, a warstwa okładziny staje się szersza. Różne rozmiary plam powodują zmiany w rozkładzie energii na powierzchni warstwy okładziny, a uzyskana morfologia i właściwości mikrostruktury warstwy okładziny są zupełnie odmienne. Ogólnie rzecz biorąc, jakość warstwy okładziny jest lepsza, gdy wielkość plamki jest mała, a jakość warstwy okładziny spada wraz ze wzrostem wielkości plamki. Jednakże średnica plamki jest zbyt mała, co nie sprzyja uzyskaniu warstwy okładzinowej o dużej powierzchni. [3]

Prędkość okładzin

Prędkość napawania V ma podobny wpływ jak moc lasera P. Jeżeli prędkość napawania jest zbyt duża,proszek stopowynie można go całkowicie stopić i nie uzyskuje się efektu wysokiej jakości okładziny; jeśli prędkość napawania jest zbyt mała, jeziorko stopionego utrzymuje się zbyt długo, proszek ulega przepaleniu, pierwiastki stopowe są tracone, a dopływ ciepła do osnowy jest duży. zwiększy wielkość deformacji.

Parametry napawania laserowego nie wpływają niezależnie na jakość makroskopową i mikroskopową warstwy napawania, ale wpływają na siebie. W celu zilustrowania kompleksowego wpływu mocy lasera P, średnicy plamki D i prędkości napawania V zaproponowano koncepcję energii właściwej Es, a mianowicie:

Es=P/(DV)

Oznacza to energię napromieniowania na jednostkę powierzchni i czynniki takie jak lasergęstość mocyi prędkość okładzin można rozpatrywać łącznie.

Redukcja energii właściwej jest korzystna dla zmniejszenia stopnia rozcieńczenia, a także ma pewien związek z grubością warstwy okładziny. W warunkach stałej mocy lasera stopień rozcieńczenia warstwy okładziny maleje wraz ze wzrostem średnicy plamki, a gdy prędkość płaszcza i średnica plamki są stałe, stopień rozcieńczenia warstwy okładziny rośnie wraz ze wzrostem mocy wiązki lasera. Ponadto wraz ze wzrostem prędkości napawania zmniejsza się głębokość topnienia podłoża i zmniejsza się stopień rozcieńczenia warstwy okładziny z materiału podłoża.

W przypadku wieloprzebiegowego napawania laserowego głównym czynnikiem wpływającym jest stopień nakładania sięchropowatość powierzchniwarstwy okładzinowej. Gdy wzrasta stopień nakładania się, chropowatość powierzchni warstwy okładzinowej maleje, ale trudno jest zagwarantować jednorodność nakładającej się części. Głębokość obszaru zachodzenia pomiędzy torami okładziny różni się od głębokości środka torów okładziny, co wpływa na jednorodność całej warstwy okładziny. Ponadto nałożone zostaną naprężenia szczątkowe okładziny wielowarstwowej, co zwiększy lokalną wartość naprężenia całkowitego i podatność warstwy okładziny na pękanie. Podgrzewanie i odpuszczanie może zmniejszyć skłonność warstwy okładzinowej do pękania.