一文看懂激光熔覆技术

激光科技 669 2022-04-22


一文看懂激光熔覆技术


01

什么是激光熔覆

激光熔覆技术是指以不同的填料方式将所选涂层材料放置于基体表面,经激光辐照使之与基体表面浅薄层同时熔化,并快速凝固后形成稀释度极低,与基体材料成冶金结合的表面涂层,从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的工艺方法。


02

激光熔覆的分类



激光熔覆按照送料方式(粉末或焊丝)的不同,可以分为送粉激光熔覆和送丝激光熔覆。






送丝激光熔覆:即通过送丝机构,将金属丝直接送入光斑内,与基体一起熔化并凝固,实现激光熔覆层。与送粉熔覆比较,送丝熔覆可实现熔覆材料无浪费,远高于送粉熔覆,缺点在于热影响区过大、无法实现很好的气体保护、熔覆缺陷多、工艺参数调整难度大等。




送粉激光熔覆相对于送丝,使用要更加广泛。按照送粉方式的不同又可分为旁轴送粉和同轴送粉。同轴送粉是指激光从熔覆头的中心输出,金属粉围绕激光呈环形分布或者多路周向环绕分布(常见的有三路、四路)。旁轴送粉与送丝的方式类似,只是将送焊丝替换变成送粉末。送粉管位于激光加工方向的前方,金属粉在重力的作用下提前堆积在基体表面,然后后方的激光束扫描在预先沉积的粉末上,完成激光熔覆过程。



03

普通熔覆VS高速熔覆



成为熔融或者半熔融状态后落入工件表面的熔池,然后再与基材一起熔化。这种方式粉末吸收大部分能量,粉末温度接近熔池温度。高速熔覆的方式,大部分能量被粉末吸收,因此基材的热输入量少,其热影响区和热变形也相对更小,对于薄壁和薄板材的熔覆效果更好。由于涂层表面质量明显高于普通激光熔覆,只需要简单打磨或抛光即可应用,因此材料浪费、后续加工量都大大减少,在成本、效率、及对零件的热影响上超高速激光熔覆都具有不可替代的应用优势。


04

激光熔覆设备



激光熔覆设备以激光器为核心,并配上熔覆头、冷水机、送粉机、运动控制系统等关键功能单元:激光器提供高能量的激光热源,决定着整套设备的熔覆性能;熔覆头用于输出激光和粉末,也在一定程度上决定了熔覆的效果;水冷机保障了激光器和激光熔覆头的稳定运行;送粉机为激光熔覆提供连续不断的原材料;运动控制系统(如滑轨与旋转台)用于控制熔覆头和待加工的零部件,决定了加工精度。



05

光惠激光熔覆用光纤激光器



光惠激光(GW Laser Tech)作为全球高亮度光纤激光器领先者,产品体系从中低功率风冷激光器到高功率万瓦激光器全功率段覆盖。其中,P系列6KW激光器完全满足现阶段激光熔覆需求,也在这一领域被广泛使用。




06

产品主要特点如

功率可靠性

采用976nm泵浦技术的新型光学结构设计,泵浦二极管寿命更长,能量密度更高,光束质量更好。长时间运行功率稳定性<2%,能够经受超长时间的激光熔覆。<>

结构可靠性

激光熔覆的环境中通常粉尘比较多,一旦进入激光器内部会损坏内部光器件,严重的还会导致电路板短路,危害人身安全。光惠激光器产品结构全密闭设计,达IP65防护等级,大幅度降低激光器对使用环境的要求,可持续在高温、高湿、高粉尘的恶劣环境中运行。

能量分布

高斯光斑温度分布不同,中间能量强于两侧,边缘散热快,会产生不均匀的熔覆层。光惠激光HBF-高亮度平顶模分布,相比高斯模分布能更有效地利用能量。在高斯光束轮廓中,其两翼中低于阈值要求的能量,都被浪费掉了,且会损伤目标区域以外的周围区域,从而扩展热影响区;而中间能量过高,对于熔道来说,极易造成中间过烧而两边熔融不足。与高斯光束相比,平顶光束轮廓中没有两翼,但具有较陡的边缘过渡,因此能量传输效率更高,熔覆道也更加平滑。

光斑大小

光惠激光器光纤芯径最大可定制800μm,满足不同熔覆工艺的要求。同时,光惠激光可配置外光路耦合器,将输出光纤中的激光耦合到操作光纤中去,极大地扩展了激光器的功能。普通激光器的输出光纤芯径通常为50/100μm,而耦合器具有多种不同的输出芯径可选。比如切割用的100μm激光器可以耦合输出至800μm进行熔覆应用;操作光纤损坏时,可以轻松更换,也不会损坏激光器本体。


07

激光熔覆的应用领域



激光熔覆的应用范围非常广,几乎可以覆盖整个机械制造业,包括但不限于矿山、石油、电力、铁路、汽车、船舶等:矿山煤机设用量大、磨损快,由于其工作环境恶劣,零部件损坏速度比较快;电力设备不间断运转,其零部件的损坏机率也比较高;

液压支柱修复

电力设备不间断运转,其零部件的损坏机率也比较高;

电机转子修复

石油化工行业基本上采用都是连续大量生产模式,在生产过程中,机器长时间在恶劣的环境下工作,导致设备内元件出现损坏、腐蚀、磨损;

石油钻杆修复

铁路交通运输随社会经济的增长快速发展,新造铁路车辆需求量非常大,对主要零部件的数量和性能要求也在增加。

耐磨辊轮激光熔覆

这些设备价格高昂,涉及到的零部件种类也有很多,形状大多千奇百怪,修复起来有一定的难度,但是因为激光熔覆技术的出现,这些问题就都不是问题了。

光惠P6000激光器用于内壁修复

光惠5m-6000激光器在客户现场的使用情况

光惠激光的高功率光纤激光器凭借着优异的光束质量和输出稳定性,在重型机械制造业已有广泛应用。未来,光惠激光将在激光熔覆领域持续发力,通过自主创新,进行产品迭代升级,不断为客户提供优质的光纤激光器、以及强有力的技术支持。



作者:光惠激光应用工程师 顾佳星

上一篇:莱赛优镭UNG639SLD标线仪新品上市
下一篇:激光加工中的PWM是什么
相关文章