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光纖激光器如何改進(jìn)熔覆及增材制造

發(fā)布時(shí)間：

2021-08-12

光纖激光器如何改進(jìn)熔覆及增材制造 眾所周知，熔覆可以改善金屬零件的抗磨損和抗腐蝕性。雖然傳統(tǒng)的電弧焊和基于激光的方法是經(jīng)濟(jì)上可行的工藝，并能帶來(lái)不錯(cuò)的性能，但在熔覆過(guò)程中仍然有可能形成碳化物晶粒，從而會(huì)影響熔覆層的機(jī)械強(qiáng)度和壽命。本文介紹了一種新的自動(dòng)化的激光工藝，能避免碳化物晶粒的形成，并探討了新一代光纖激光器如何讓該工藝不受背反射的影響。

眾所周知，熔覆可以改善金屬零件的抗磨損和抗腐蝕性。雖然傳統(tǒng)的電弧焊和基于激光的方法是經(jīng)濟(jì)上可行的工藝，并能帶來(lái)不錯(cuò)的性能，但在熔覆過(guò)程中仍然有可能形成碳化物晶粒，從而會(huì)影響熔覆層的機(jī)械強(qiáng)度和壽命。本文介紹了一種新的自動(dòng)化的激光工藝，能避免碳化物晶粒的形成，并探討了新一代光纖激光器如何讓該工藝不受背反射的影響。

傳統(tǒng)激光熔覆的特點(diǎn)

簡(jiǎn)單地說(shuō)，熔覆材料以粉末或絲狀的形式被引入到零部件的表面，隨后用激光器來(lái)選擇性地將這種材料和基材溶化到非常小的深度，以融合這兩種材料。

相比電弧焊和熱噴涂方法，激光熔覆具有幾個(gè)優(yōu)勢(shì)。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)熱量進(jìn)行精準(zhǔn)而有限的應(yīng)用，可以將零部件的熱變形控制在更小比例甚至不會(huì)產(chǎn)生熱變形，從而免去了后續(xù)處理中再加工的需要。同時(shí)，激光熔覆也會(huì)讓沉積材料和基體材料產(chǎn)生很少的混合(稀釋)，在熔覆層和基材之間產(chǎn)生真正牢固的冶金結(jié)合。

然而，幾位研究人員注意到，有時(shí)候在激光熔覆過(guò)程中發(fā)生的材料快速冷卻，會(huì)產(chǎn)生結(jié)合缺陷，并在熔覆層中產(chǎn)生一些孔隙，從而導(dǎo)致晶?；蚱渌愘|(zhì)顯微結(jié)構(gòu)的形成。這些結(jié)構(gòu)的特殊性質(zhì)高度依賴(lài)于精確的激光工藝參數(shù)與采用的熔覆材料，他們還觀察到裂縫、孔隙和各種柱狀和帶狀晶粒結(jié)構(gòu)的存在。每一個(gè)這樣的結(jié)構(gòu)都會(huì)影響熔覆層的壽命和有效性。例如，熔覆層裂紋會(huì)為腐蝕提供溫床，甚至可能會(huì)貫通熔覆層直至基體。晶?；蚱渌⒂^結(jié)構(gòu)會(huì)影響熔覆層的機(jī)械性能，并且已經(jīng)被證明在某些情況下會(huì)降低熔覆層的抗拉強(qiáng)度

優(yōu)化熔覆工藝

對(duì)各種工藝參數(shù)的影響進(jìn)行了研究，如激光功率、激光光束掃描速度、送料速度和熔覆材料的精確配方。通過(guò)適當(dāng)?shù)乜刂七@些因素，可以將不良的熔覆微觀結(jié)構(gòu)的形成降至更低甚至避免這些瑕疵。具體地說(shuō)，可以通過(guò)以下方法來(lái)創(chuàng)建高性能的熔覆系統(tǒng)，包括精確地模擬熔覆過(guò)程、優(yōu)化熔覆材料，并在之后仔細(xì)控制熔覆工藝流程以重現(xiàn)計(jì)算結(jié)果。