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什么是激光熔覆?重要事实和新技术创新

什么是激光熔覆?重要事实和新技术创新。

激光熔覆是一种定向能量沉积 (DED) 技术。它也称为激光堆焊,当用于增材制造时,称为激光金属沉积 (LMD) 或定向激光金属沉积 (DLMD)。这些是本质上相同技术原理的许多名称:激光熔化金属合金层并将其粘合到基板组件或先前沉积的层上。激光熔覆层完全致密,采用冶金结合,底层金属材料的稀释度极低。热量输入最小,并且添加的材料被精确和选择性地应用。因此,激光熔覆是一种高质量的堆焊。

为什么激光熔覆是当今重要的制造技术?

激光熔覆通过生成防止磨损和腐蚀的保护层来提高工业产品的性能。它有助于节省自然资源,因为工程师可以选择使用通用贱金属合金设计零件。然后将高合金材料局部激光熔覆到组件上,以产生所需的性能特征。

激光熔覆也是一种用于将高价值部件恢复和再制造成原始几何形状的技术。除了简单地修复零件的形状外,还可以通过选择具有比原始部件更好的耐磨特性的添加剂材料来提高使用寿命和性能。

激光熔覆贵吗?

激光熔覆技术最早是在 30 多年前由丰田公司开发的汽车阀座熔覆技术、通用电气公司的喷气发动机涡轮叶片和卡特彼勒公司的土方设备等。直到 2000 年代,激光熔覆通常被认为是“最后的手段”技术。这种看法主要是由于激光机器的高投资和运营成本。现代固态激光器的进步,效率更高,通过光纤耦合光束传输实现机器人集成,显着降低了成本,并为激光熔覆创造了范式转变。今天,成本效益考虑有利于激光熔覆,并且应用范围在许多行业领域呈指数增长。

激光熔覆的主要特点是什么,该工艺与 HVOF 喷涂和 PTA 焊接相比如何?

该技术最著名的特点是其高精度和低热影响。因此,对激光熔覆附近部件的几何特征的影响很小甚至没有影响。与其他堆焊技术相比,二次精加工工作较少。覆盖层的目标特性通常只需一层即可实现,而其他工艺的更高稀释度则需要两层或更多层。

相比之下,HVOF 或高速氧燃料喷涂是一种在相对较大的区域上产生与基材机械结合的薄涂层的工艺。该包层包含一定程度的空隙和微裂纹。它的应用通常更便宜,但不能提供与激光涂层相同的粘合和弯曲强度。

PTA堆焊类似于激光熔覆。主要区别特征是等离子火焰熔化基材和添加剂材料,而不是能量密度更高的激光束。因此,与激光熔覆相比,加热和冷却时间更慢,总热量输入更高。这种热输入导致焊缝更深入地渗透到基材中并稀释了包层。

虽然这三种技术在现代制造中都是必不可少的,但激光熔覆在关键部件中的普及度正在迅速增长。其卓越的熔覆层特性和减少二次精加工工艺的工作量使其成为许多高端工业应用的经济高效选择。

激光熔覆的最新创新是什么?

激光熔覆的最新创新主要集中在提高工艺生产率的同时保持大部分核心特性:

  • 热丝激光熔覆在工艺中引入了预热的金属丝。因此,更多的激光能量可用于以增加的进给速率熔化基材。
  • 高速激光熔覆 (EHLA) 在到达基材之前将激光束中的添加剂粉末完全熔化。熔融粉末通过热传导与固体基材熔合。
  • “大光斑”激光熔覆是一种增加工件上激光光斑尺寸的工艺,以允许使用更多的激光功率,而不会过度熔化基材并增加稀释度。
  • 使用同轴激光束进行激光熔覆,将添加材料(通常是金属丝)垂直于工件送入。激光围绕导线同轴投射。使用这种方法,可以独立于行进方向存在一致的处理条件。该技术的发展主要集中在 3d 激光金属沉积上。

什么是典型的激光熔覆金属合金?

激光熔覆具有适用于该技术的多种金属合金。流行的激光熔覆合金包括镍基和钴基超合金,例如 Inconel 625、Inconel、Stellite 6、Stellite 21,或不锈钢,例如 SS316 或 SS17-4。也可以使用与原始材料相同或相似的合金进行激光再加工。

在激光熔覆过程中如何检查和维护质量?

激光熔覆工艺有几个关键的输入参数。特别重要的是基础材料、粉末或金属丝合金制备以及激光/机器设置。我们的焊接工程师和经过认证的焊接检查员准备了一份焊接工艺规范 (WPS) 供客户审查,其中包含设置和激光熔覆的关键参数,以确保高质量和可重复的工艺。WPS 符合 LWS 或 ASME Section IX 标准。此外,我们还提供来自挪威船级社 (DNV)、美国石油协会 (API) 等外部审计公司的审查和资格认证。

激光焊接解决方案利用多个过程控制和监控系统,确保最高质量的激光熔覆工艺。

概括

随着我们努力节省自然资源和降低生命周期成本,激光熔覆是当今新兴的现代制造技术的一个例子。该工艺允许工程师仅在部件的选定几何形状中使用昂贵的高合金材料,从而有助于降低成本。如今,许多公司也在选择激光技术来修复 OEM 工业零件,同时改善磨损和腐蚀关键特性。

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