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        什么是激光熔覆?重要事實和新技術創新

        時間:2022-6-24 14:46:55

        激光熔覆是一種定向能量沉積 (DED) 技術。它也稱為激光堆焊,當用于增材制造時,稱為激光金屬沉積 (LMD) 或定向激光金屬沉積 (DLMD)。這些是本質上相同技術原理的許多名稱:激光熔化金屬合金層并將其粘合到基板組件或先前沉積的層上。激光熔覆層完全致密,采用冶金結合,底層金屬材料的稀釋度極低。熱量輸入最小,并且添加的材料被精確和選擇性地應用。因此,激光熔覆是一種高質量的堆焊。
        為什么激光熔覆是當今重要的制造技術?
        激光熔覆通過生成防止磨損和腐蝕的保護層來提高工業產品的性能。它有助于節省自然資源,因為工程師可以選擇使用通用賤金屬合金設計零件。然后將高合金材料局部激光熔覆到組件上,以產生所需的性能特征。
        激光熔覆也是一種用于將高價值部件恢復和再制造成原始幾何形狀的技術。除了簡單地修復零件的形狀外,還可以通過選擇具有比原始部件更好的耐磨特性的添加劑材料來提高使用壽命和性能。
        激光熔覆貴嗎?
        激光熔覆技術最早是在 30 多年前由豐田公司開發的汽車閥座熔覆技術、通用電氣公司的噴氣發動機渦輪葉片和卡特彼勒公司的土方設備等。直到 2000 年代,激光熔覆通常被認為是“最后的手段”技術。這種看法主要是由于激光機器的高投資和運營成本?,F代固態激光器的進步,效率更高,通過光纖耦合光束傳輸實現機器人集成,顯著降低了成本,并為激光熔覆創造了范式轉變。今天,成本效益考慮有利于激光熔覆,并且應用范圍在許多行業領域呈指數增長。
        激光熔覆的主要特點是什么,該工藝與 HVOF 噴涂和 PTA 焊接相比如何?
        該技術最著名的特點是其高精度和低熱影響。因此,對激光熔覆附近部件的幾何特征的影響很小甚至沒有影響。與其他堆焊技術相比,二次精加工工作較少。覆蓋層的目標特性通常只需一層即可實現,而其他工藝的更高稀釋度則需要兩層或更多層。
        相比之下,HVOF 或高速氧燃料噴涂是一種在相對較大的區域上產生與基材機械結合的薄涂層的工藝。該包層包含一定程度的空隙和微裂紋。它的應用通常更便宜,但不能提供與激光涂層相同的粘合和彎曲強度。
        PTA堆焊類似于激光熔覆。主要區別特征是等離子火焰熔化基材和添加劑材料,而不是能量密度更高的激光束。因此,與激光熔覆相比,加熱和冷卻時間更慢,總熱量輸入更高。這種熱輸入導致焊縫更深入地滲透到基材中并稀釋了包層。

        雖然這三種技術在現代制造中都是必不可少的,但激光熔覆在關鍵部件中的普及度正在迅速增長。其卓越的熔覆層特性和減少二次精加工工藝的工作量使其成為許多高端工業應用的經濟高效選擇。
        激光熔覆的最新創新是什么?
        激光熔覆的最新創新主要集中在提高工藝生產率的同時保持大部分核心特性:
        熱絲激光熔覆在工藝中引入了預熱的金屬絲。因此,更多的激光能量可用于以增加的進給速率熔化基材。
        高速激光熔覆 (EHLA) 在到達基材之前將激光束中的添加劑粉末完全熔化。熔融粉末通過熱傳導與固體基材熔合。
        “大光斑”激光熔覆是一種增加工件上激光光斑尺寸的工藝,以允許使用更多的激光功率,而不會過度熔化基材并增加稀釋度。
        使用同軸激光束進行激光熔覆,將添加材料(通常是金屬絲)垂直于工件送入。激光圍繞導線同軸投射。使用這種方法,可以獨立于行進方向存在一致的處理條件。該技術的發展主要集中在 3d 激光金屬沉積上。
        什么是典型的激光熔覆金屬合金?
        激光熔覆具有適用于該技術的多種金屬合金。流行的激光熔覆合金包括鎳基和鈷基超合金,例如 Inconel 625、Inconel、Stellite 6、Stellite 21,或不銹鋼,例如 SS316 或 SS17-4。也可以使用與原始材料相同或相似的合金進行激光再加工。
        在激光熔覆過程中如何檢查和維護質量?
        激光熔覆工藝有幾個關鍵的輸入參數。特別重要的是基礎材料、粉末或金屬絲合金制備以及激光/機器設置。我們的焊接工程師和經過認證的焊接檢查員準備了一份焊接工藝規范 (WPS) 供客戶審查,其中包含設置和激光熔覆的關鍵參數,以確保高質量和可重復的工藝。WPS 符合 LWS 或 ASME Section IX 標準。此外,我們還提供來自挪威船級社 (DNV)、美國石油協會 (API) 等外部審計公司的審查和資格認證。
        激光焊接解決方案利用多個過程控制和監控系統,確保最高質量的激光熔覆工藝。
        概括
        隨著我們努力節省自然資源和降低生命周期成本,激光熔覆是當今新興的現代制造技術的一個例子。該工藝允許工程師僅在部件的選定幾何形狀中使用昂貴的高合金材料,從而有助于降低成本。如今,許多公司也在選擇激光技術來修復 OEM 工業零件,同時改善磨損和腐蝕關鍵特性。
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