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激光熔覆特性

目前有許多不同的技術(shù)進行包覆，每種技術(shù)在所用材料、包覆層質(zhì)量和各種實際問題（包括生產(chǎn)速度、工藝兼容性和成本）方面都有自己的特定特性。本文簡要概述了高功率二極管激光熔覆，與大多數(shù)傳統(tǒng)技術(shù)相比，它可以提供更高的工藝產(chǎn)量、卓越的整體熔覆質(zhì)量、極低的稀釋水平、減少的熱輸入、最小的零件變形和更好的熔覆沉積控制。傳統(tǒng)鍍層方法；最傳統(tǒng)的包層技術(shù)大致可分為電弧焊或熱噴涂方法。這些方法中的每一種都有其自身的優(yōu)點和局限性，因此，存在最適合某些類型的應用程序。該相干公司高效 HighLight D 系列演示采用 HighLight 8000D，這是一種高功率直接二極管激光系統(tǒng)，在 975 nm 處具有 8 kW 的功率。HighLight 8000D 展示了在扁平和圓形低碳鋼材料上執(zhí)行司太立 6（一種來自 Hoganas 的高質(zhì)量激光熔覆粉末）的大面積激光熔覆。有許多不同的電弧焊技術(shù)，例如鎢極氣體保護焊 (GTAW)、等離子轉(zhuǎn)移弧 (PTA)、氣體保護金屬電弧焊 (GMAW)、埋弧焊 (SAW) 等。在所有這些過程中，通常在存在保護氣體的情況下，建立電弧以熔化基材的表面。然后以金屬絲或粉末形式引入包層材料，并且也被電弧熔化，從而形成包層。種基本方法的各種實施例在細節(jié)上有所不同，例如使用填充金屬作為電極、使用焊劑或使用熱（預熱）或冷填充焊絲的能力。籠統(tǒng)地說，所有電弧焊技術(shù)都能提供具有高強度、良好沖擊性能和低孔隙率的全焊接冶金結(jié)合。弧焊方法還提供高熔敷率（這意味著高產(chǎn)量）和相對較低的設(shè)備資本成本。

弧焊包層的主要缺點是部件的高熱量輸入，以及包層材料的相對高度稀釋（即，母材不希望地遷移到包層中），這取決于具體情況。輸入到零件中的熱量會導致機械變形，通常需要在熔覆后進行進一步的后處理。此外，在實踐中并不總是能夠?qū)崿F(xiàn)弧焊工藝理論上能夠達到的高熔敷率。這是因為當電弧能量增加超過通常處于沉積速率范圍低端的最佳水平時，稀釋、熱輸入、變形、硬度和其他冶金性能有時會受到負面影響。在熱噴涂中，包層材料（最常見的是粉末形式）通過火焰或電熔化，然后噴涂到工件上。在大多數(shù)情況下，這是一種低熱量工藝，其中基材通常保持 < 200 攝氏度。這種方法的四種最常見實施方式是火焰噴涂、電弧噴涂（其中線材用作消耗品）、等離子噴涂和高溫噴涂。 -速度氧燃料 (HVOF)。所有熱噴涂技術(shù)的主要優(yōu)點是進入零件的熱量低，這意味著沒有熱影響區(qū)和最小的稀釋。它還使該工藝能夠用于多種基材材料，包括金屬、碳化物、陶瓷甚至塑料。盡管這些涂層往往比弧焊涂層更薄，但熱噴涂在可實現(xiàn)的涂層厚度范圍和支持的沉積速率方面也支持非常廣泛的工藝窗口。

高功率直接二極管激光器是一個緊湊的組件，由大量低功率（每個約 100 W）半導體激光發(fā)射器組成，其輸出組合成單個光束。通常，該光束采用細長矩形的形式，通常寬約3毫米，長為 6 毫米至 36 毫米。目前可以使用輸出功率高達 10 kW 的高功率二極管激光器系統(tǒng)。由于采用全固態(tài)結(jié)構(gòu)，二極管激光器系統(tǒng)通常比其他激光器類型提供更高的電效率（約 45%）、更小的尺寸和更高的可靠性。高功率二極管激光器輸出的線束非常適合大多數(shù)金屬加工應用，因為它可以掃過零件以實現(xiàn)大面積的快速加工。例如，在粉末基覆層的情況下，線束的長軸垂直于束行進方向，如圖所示。例如，光束長度為 24 毫米時，通?？梢詫崿F(xiàn) 20 毫米的單程“有效”包層寬度。高功率二極管激光熔覆的優(yōu)勢在某些方面，高功率二極管激光熔覆結(jié)合了弧焊和熱噴涂方法的最佳特性。與弧焊方法相比，二極管激光系統(tǒng)具有更低的熱相關(guān)變形、更少的稀釋、極低的孔隙率和更好的表面均勻性?？傊@些特性大大減少了后處理的需要及其相關(guān)的時間和成本。二極管激光工藝的高淬火速率還在包層中產(chǎn)生更細的晶粒結(jié)構(gòu)，從而獲得更好的耐腐蝕性。此外，隨著激光功率和沉積速率的增加，這些好處通常不會受到顯著的負面影響。相比之下，對于大多數(shù)弧焊工藝，熔覆質(zhì)量會隨著功率和熔敷率的增加而受到影響。最后，線束形狀可以在高度控制包層寬度、厚度和沉積速率的情況下快速處理大面積。