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激光熔覆提供獨(dú)特的優(yōu)勢

以下是高功率二極管激光熔覆的簡要概述，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、小的零件變形和更好的熔覆沉積控制。包覆是一種廣泛使用的工藝，用于改善零件的表面和近表面特性（例如耐磨性、耐腐蝕性或耐熱性），或重新表面因使用而磨損的部件。包層涉及在基材頂部創(chuàng)建新的表面層。這與表面硬化不同，表面硬化僅需要在薄表面層中改變基材本身的特性。目前有許多不同的技術(shù)進(jìn)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、小的零件變形和更好的熔覆沉積控制。

傳統(tǒng)鍍層方法

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，存在適合某些類型的應(yīng)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(hù)焊 (GTAW)、等離子轉(zhuǎn)移弧 (PTA)、氣體保護(hù)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(hù)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。這種基本方法的各種實施例在細(xì)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(yù)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(qiáng)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(dǎo)致機(jī)械變形，通常需要在熔覆后進(jìn)行進(jìn)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?yán)碚撋夏軌蜻_(dá)到的高熔敷率。這是因為當(dāng)電弧能量增加超過通常處于沉積速率范圍低端的水平時，稀釋、熱輸入、變形、硬度和其他冶金性能有時會受到負(fù)面影響。在熱噴涂中，包層材料（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(jìn)入零件的熱量低，這意味著沒有熱影響區(qū)和小的稀釋。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。熱噴涂工藝的顯著缺點之一是包覆層和基材之間的結(jié)合本質(zhì)上是機(jī)械的，而不是冶金的。這會導(dǎo)致附著力和耐磨性差的問題，尤其是在精確加載時。此外，熱噴涂覆層通常表現(xiàn)出一定程度的孔隙率和粘合缺陷。涂層中存在此類缺陷令人擔(dān)憂，因為這些缺陷可為腐蝕性溶液提供到達(dá)基材的路徑。據(jù)報道，耐腐蝕性降低，似乎與沿顆粒間邊界的優(yōu)先侵蝕有關(guān)。

激光熔覆基礎(chǔ)

與電弧焊和熱噴涂方法相比，基于激光的熔覆技術(shù)具有多項與質(zhì)量和工藝相關(guān)的優(yōu)勢。然而，在實踐中，傳統(tǒng)的激光器類型并不總是能夠兌現(xiàn)這一承諾，并且在輸出特性、運(yùn)營成本和易于實施方面也表現(xiàn)出明顯的缺陷。為了滿足熔覆、焊接和熱處理等應(yīng)用對更佳光源的需求，激光器制造商開發(fā)了高功率直接二極管激光器。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(dǎo)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(xì)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(dá) 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(yīng)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(jìn)方向，如所示。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。參見。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