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光纤激光器如何改进熔覆及增材制造
发布时间:2021-08-11
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本文摘要:众所周知,熔覆可以提高金属零件的抗磨损和外用腐蚀性。虽然传统的电弧焊和基于激光的方法是经济上不切实际的工艺,并能带给不俗的性能,但在熔覆过程中依然有可能构成碳化物晶粒,从而不会影响熔覆层的机械强度和寿命。本文讲解了一种新的自动化的激光工艺,能避免碳化物晶粒的构成,并探究了新一代光纤激光器如何让该工艺不不受腹光线的影响。

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众所周知,熔覆可以提高金属零件的抗磨损和外用腐蚀性。虽然传统的电弧焊和基于激光的方法是经济上不切实际的工艺,并能带给不俗的性能,但在熔覆过程中依然有可能构成碳化物晶粒,从而不会影响熔覆层的机械强度和寿命。本文讲解了一种新的自动化的激光工艺,能避免碳化物晶粒的构成,并探究了新一代光纤激光器如何让该工艺不不受腹光线的影响。

  传统激光熔覆的特点  非常简单地说道,熔覆材料以粉末或丝状的形式被引进到零部件的表面,随后用激光器来选择性地将这种材料和基材融化到十分小的深度,以融合这两种材料。  比起电弧焊和热喷涂方法,激光熔覆具备几个优势。具体来说,对热量展开精准而受限的应用于,可以将零部件的热变形掌控在大于比例甚至会产生热变形,从而免职了先前处置中再行加工的必须。

同时,激光熔覆也不会让沉积材料和基体材料产生很少的混合(溶解),在熔覆层和基材之间产生确实稳固的冶金融合。  然而,几位研究人员注意到,有时候在激光熔覆过程中再次发生的材料较慢加热,不会产生融合缺失,并在熔覆层中产生一些孔隙,从而造成晶粒或其他异质显微结构的构成。这些结构的类似性质高度依赖准确的激光工艺参数与使用的熔覆材料,他们还仔细观察到裂缝、孔隙和各种柱状和放射状晶粒结构的不存在。

每一个这样的结构都会影响熔覆层的寿命和有效性。例如,熔覆层裂纹不会为生锈获取温床,甚至可能会全线贯通熔覆层以后基体。晶粒或其他微观结构不会影响熔覆层的机械性能,并且早已被证明在某些情况下不会减少熔覆层的抗拉强度。

  优化熔覆工艺  对各种工艺参数的影响展开了研究,如激光功率、激光光束扫瞄速度、送料速度和熔覆材料的准确配方。通过必要地掌控这些因素,可以将不当的熔覆微观结构的构成降到低于甚至防止这些瑕疵。具体地说,可以通过以下方法来创立高性能的熔覆系统,还包括准确地仿真熔覆过程、优化熔覆材料,并在之后细心掌控熔覆工艺流程以再现计算结果。

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  K?thenerSpezialdichtungenGmbH(KSD,德国Kleinwlknitz)研发了一种激光材料较慢生产系统(RapidLaserMaterialsManufacturing,R:LM2)。该系统由三个主要功能元件构成,即混料系统、迷你熔化炉和沉积控制系统(图1)。图1:KSD的激光材料较慢生产系统的主要功能元件示意图  混料系统包括几种有所不同的熔覆粉末以及配有了材料仿真软件的计算机。迷你熔化炉还包括光纤激光器和密封处置室,而后者包括光学探讨元件、送来粉燃烧室、运动系统、高温测量仪及过程监控摄像机。

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沉积控制系统配备了运营着CAD/CAM软件和有限元方法(FEM)仿真软件的计算机。  R:LM2通过对一组受限的金属粉末展开各种人组后来创立有所不同的熔覆层。为了根据等价的应用于来投票决定适合的配方,必须将客户的拒绝输出到该系统中,还包括熔覆层所需的机械性能和化学性能(如耐腐蚀性)。

然后,材料模拟程序用于物理量来计算出来出能符合性能拒绝的熔覆材料的最佳人组。  然后,沉积控制系统中的FEM仿真软件接管到这个配方,并确认好熔覆工艺参数,还包括送来粉速度、激光功率、气体成分、必须的工艺温度,以获得最佳效果。在密封处置室中,金属粉末通过燃烧室被喷涂到工件上,然后用激光熔融。熔覆区域的明确形状由燃烧室和激光光束的运动轨迹来确认,主要是通过沉积控制系统中的CAD/CAM软件来掌控。

沉积控制系统通过过程摄像机来监控熔覆区域的尺寸和方位,后用高温测量仪来监控温度,适当的时候调整参数以取得预期的效果。R:LM2系统还能严密控制密封处置室中的气体。这对于构建均匀分布、再现性好的熔覆是至关重要的。  比起传统的激光熔覆,用R:LM2系统打造出的熔覆展现十分细致的碳化物晶粒结构。

这些涂层都不不含孔隙或裂缝,并且可以超过68HRC的硬度级别。此外,该系统还有望明显减少熔覆成本,因为最少见的传统熔覆材料都很便宜,例如镍合金、碳化钨和因科镍合金(Inconel)。而R:LM2所具备的简单仿真和精准沉积能力,使其在用于成本较低的有色合金人组时也能让熔覆层在抗腐蚀和耐磨性等方面构建某种程度的效果。另外,该系统大大减少了简单零部件的加工周期。


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