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光纤激光器改进熔覆和增材制造
关键词:光纤激光器
2020-02-25

众所周知,熔覆可以改善金属零件的抗磨损和抗腐蚀性。虽然传统的电弧焊和基于激光的方法是经济上可行的工艺,并能带来不错的性能,但在熔覆过程中仍然有可能形成碳化物晶粒,从而会影响熔覆层的机械强度和寿命。本文介绍了一种新的自动化的激光工艺,能避免碳化物晶粒的形成,并探讨了新一代光纤激光器如何让该工艺不受背反射的影响。

 

传统的特点

本杂志在过去介绍过几次的方法与优势。简单地说,熔覆材料以粉末或丝状的形式被引入到零部件的表面,随后用激光器来选择性地将这种材料和基材溶化到非常小的深度,以融合这两种材料。

相比电弧焊和热喷涂方法,激光熔覆具有几个优势。具体来说,对热量进行精准而有限的应用,可以将零部件的热变形控制在最小比例甚至不会产生热变形,从而免去了后续处理中再加工的需要。同时,激光熔覆也会让沉积材料和基体材料产生很少的混合(稀释),在熔覆层和基材之间产生真正牢固的冶金结合。

然而,几位研究人员注意到,有时候在激光熔覆过程中发生的材料快速冷却,会产生结合缺陷,并在熔覆层中产生一些孔隙,从而导致晶粒或其他异质显微结构的形成。这些结构的特殊性质高度依赖于精确的激光工艺参数与采用的熔覆材料,他们还观察到裂缝、孔隙和各种柱状和带状晶粒结构的存在。每一个这样的结构都会影响熔覆层的寿命和有效性。例如,熔覆层裂纹会为腐蚀提供温床,甚至可能会贯通熔覆层直至基体。晶粒或其他微观结构会影响熔覆层的机械性能,并且已经被证明在某些情况下会降低熔覆层的抗拉强度。

 

优化熔覆工艺

对各种工艺参数的影响进行了研究,如激光功率、激光光束扫描速度、送料速度和熔覆材料的精确配方。通过适当地控制这些因素,可以将不良的熔覆微观结构的形成降至最低甚至避免这些瑕疵。具体地说,可以通过以下方法来创建高性能的熔覆系统,包括精确地模拟熔覆过程、优化熔覆材料,并在之后仔细控制熔覆工艺流程以重现计算结果。

 



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