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高速激光熔覆是提高熔覆工作效率的最佳途徑

作者:a 來源: 日期:2018-05-28 09:52:08 人氣:55 評(píng)論:0 標(biāo)簽:

  激光熔覆已被廣泛用于金屬表面的修復(fù)改性,但傳統(tǒng)熔覆工作效率較低(比如4000W半導(dǎo)體激光器正常熔覆為0.25m2/h),不能滿足大規(guī)模的生產(chǎn)加工需求。為了提高熔覆工作效率,人們不得不不斷地提高激光器的功率,使用了6000W、8000W甚至10000W的激光器。值得注意的是,增大激光器的功率,一般情況下,并不能同比例地提高熔覆線速度,只能靠增大聚焦光斑尺寸來提高熔覆效率,比如將2×12的聚焦光斑增大為2×202×30的聚焦光斑。實(shí)際的應(yīng)用表明,單純靠增大激光器的功率來提高熔覆效率的結(jié)果并不理想,如下圖所示。

微信圖片_20180528095354.jpg  圖1. 不同功率的半導(dǎo)體激光器的熔覆效率

從圖1的數(shù)據(jù)可以看出,6kW激光器每小時(shí)的熔覆面積為0.5m2,比4kW激光器每小時(shí)熔覆面積增加0.25m2, 但8kW激光器比6kW激光器每小時(shí)熔覆面積僅增加0.15 m2,10kW激光器比8kW激光器每小時(shí)熔覆面積僅增加0.10 m2。隨著功率的增大,效率增加效應(yīng)遞減。因此,靠增加激光器的功率來提高工作效率的做法,不是一個(gè)有效、經(jīng)濟(jì)的做法。而且,激光器功率的不斷提高,會(huì)引起其他副作用。比如,隨著激光功率的增加,基體的熱輸入量增大,基體表面溫度升高,基體變形和熔覆層開裂現(xiàn)象會(huì)加劇。另外,增大功率,會(huì)增加熔覆層深度,稀釋率也會(huì)因此增大,所以必須增大熔覆層厚度,造成熔覆材料的浪費(fèi)。

為了提高激光熔覆的工作效率,必須另辟它徑,尋求更有效、更先進(jìn)的技術(shù)。這一技術(shù)便是:高速激光熔覆。高速激光熔覆通過改變激光與金屬粉末的作用過程,使得金屬粉末在到達(dá)熔池之前充分吸收激光能量(普通熔覆時(shí)基體和粉末對(duì)激光能量的吸收比例分別為80%和20%,高速熔覆時(shí)基體和粉末對(duì)激光能量的吸收比例分別為20%80%)。 通過對(duì)激光能量吸收比例的改變,使得熔覆的線速度達(dá)到了幾十米每分鐘,極大地提高了熔覆工作效率。另外由于高速熔覆的搭接率高達(dá)70%-80%(普通熔覆的搭接率為30%-50%),一方面,使得高速激光熔覆的稀釋率極低(約為1%左右),而普通熔覆的稀釋率為5%-15%。另一方面,使得熔覆層表面非常平整,達(dá)到了熱噴涂相同的效果,如下圖所示:

微信圖片_20180528095404.jpg

圖2. 高速激光熔覆層表面粗糙度達(dá)到噴涂效果

高速熔覆激光器的具體工作參數(shù)及特點(diǎn)如下:

1. 熔覆速度:在熔覆厚度0.2-0.5mm時(shí),熔覆效率每小時(shí)0.7-1.2平方米;

2. 熔覆厚度:根據(jù)需求,可實(shí)現(xiàn)熔覆厚度0.2~1.2mm;

3. 熔覆表面:熔覆表面平整,達(dá)到熱噴涂的效果;

4. 稀釋率:~1%左右;

5. 結(jié)合強(qiáng)度:冶金結(jié)合,結(jié)合強(qiáng)度可高達(dá)360MPa;

6. 可用于高熔點(diǎn)、高硬度粉末的熔覆;

7. 可用于銅、鋁等有色金屬的熔覆。

理論與客戶的實(shí)際應(yīng)用表明,采用高速激光熔覆是提高熔覆工作效率的最佳途徑!


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