激光系統的熔覆應用

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發表于 2015-10-1 09:03:31 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

再制造產業是指在原有產業基礎上，將廢舊產品利用技術手段進行修復和改造的一種產業。它是以產品全壽命周期理論為指導，以實現廢舊產品性能提升為目標的一種產業。
熔覆（Cladding）屬于再制造領域的關鍵技術。熔覆技術廣泛應用于冶金、石化、電力、能源、交通、軍工、輕工、磨具、機械制造、煤機、農機、水泥等諸多行業。典型應用包括：
（1）渦輪動力設備修復和改造；
（2）高載荷、低轉速、高精度、高合金零部件的修復和強化；
（3）汽車覆蓋件大型模具激光修復；
（4）礦山機械零件的激光強化與修復；
熔覆可以改善材料表面的性質。根據不同的工業應用，熔覆可以使材料變得耐磨，耐腐蝕，耐熱等。硬化（Hardening）只是改變了基體材料表面薄層性質，相對而言，熔覆產生了完全不同于基體材料的新表面層。目前有多種方法實現熔覆，每種方法各有特點。但從質量、產量、兼容性及性價比等多方面綜合考慮，激光熔覆（Laser Cladding）正越來越受到市場認可。由于激光能量集中，激光熔覆僅僅融化“基體材料的表面”和“覆層材料（Clad Material）”。激光熔覆產生的覆層質量很高。覆層材料空隙少，表面均勻。激光熔覆僅在特定部位注入特定能量，實現了對工藝參數的精確控制，省略后處理過程。減少熔融體，避免材料浪費。避免了基體材料的硬化。另外，伴隨激光熔覆的自然淬火過程也使得熔覆材料更加致密。
覆層材料可以是線狀，帶狀或者粉末狀。由于待熔覆區域通常遠大于光斑，光束總是沿著某個方向掃描工件表面。采用線狀或者帶狀覆層材料時，光斑的短軸方向與光束掃描方向垂直。采用粉末狀覆層材料時，光斑的長軸方向與光束掃描方向垂直。
激光熔覆的工藝參數主要有激光功率、光斑直徑、熔覆速度等。激光熔覆各參數之間相互影響，是一個非常復雜的過程。通常來說，激光功率越高，熔覆層厚度越大，熔覆材料利用率越高。但激光功率也不能過高，因為激光功率越高，熔覆材料產生氣孔的概率也越大。
當熔覆層深度達到極限深度后，隨著功率提高，基體表面溫度升高，變形和開裂現象也會加劇。當然，激光功率也不能過低，否則僅表面涂層融化，基體未熔，此時熔覆層表面出現局部起球、空洞等，達不到熔覆目的。為了得到最佳熔覆效果，客戶需要根據具體應用反復摸索相關參數。
目前市場上激光器種類繁多，哪種激光器更適合激光熔覆呢？氣體激光器由于體積大、能耗高等原因，其市場應用正在逐步縮小。光纖激光器和碟片激光器雖然光束質量優異，但是熔覆硬化之類的表面熱處理應用對光束質量的要求并不高，半導體激光器的光束質量足以勝任。此外，半導體激光器直接實現電光轉換，整體效率高達50%以上。而固體激光器、光纖激光器和碟片激光器都需要半導體激光器作為光泵浦源，無論光光轉換效率多高，整體效率仍然遜色于半導體激光器。從體積、能耗、光束質量等各方面綜合考慮，半導體激光器是激光熔覆的首選。

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