什么是激光熔覆|综合指南

激光熔覆,也称为激光再制造或激光修复,是一种新的表面改性技术。

通过将覆层材料添加到基板的表面,并使用高能量密度的激光束与基板表面上的薄层融化。该涂层形成覆层。

激光熔覆技术是一种新兴技术,它使用激光和纳米材料来增强各个零件中的合金。该处理可以显着提高表面的硬度和耐磨性,并延长零件的使用寿命。

无论您是否熟悉“激光熔覆”一词,本指南都会分享您需要了解的所有信息。出现在此页面上意味着您距离学习激光熔覆的含义和用途还差一半。

如果您对激光熔覆还有其他困惑,那么您来对地方了,请放心,如果您没有找到正确的问题答案,就不会离开此页面。

什么是激光熔覆?

激光熔覆工艺

激光熔覆过程的图像

激光熔覆是一种在另一层表面上添加一层的方法,也称为激光金属重新定位。激光覆盖包括将熔融的金属粉末或金属丝流送入熔池中。激光熔覆包括将金属流送入由激光束产生的熔池中,同时扫描目标表面并沉积所选材料层。

激光熔覆技术可在有限的热输入下将材料精确,有针对性地沉积到下面的底层上。

激光熔覆过程是什么?

激光熔覆过程的图像

激光熔覆工艺

激光熔覆可以使用包括热线或冷线的焊丝或粉末原料来进行。激光在工件表面上形成一个熔化的碗,同时将金属丝或粉末结合在一起。尽管激光器具有高功率作为热源,但曝光时间短,可以快速冷却和固化。

如果可以混合两种或多种粉末,并分别调节进料速度,则这是一种通用的过程,可用于制造物体或材料。另外,由于熔池中的局部熔化和混合,激光熔覆允许材料梯度的微观结构,这使得可以为特定应用中的实用效率定制覆盖材料。

为什么选择激光熔覆?

传统的熔覆方法(例如基于电弧的焊接)通常需要不必要的热量输入,这可能会对部件的效率产生负面影响,例如变形和机械性能下降。另一方面,可以精确地校准激光束的热输入,这对于维持尺寸精度以实现接近的组件公差非常重要。

通过局部处理受影响区域或更改生产链中特定部分的表面特性,它对组件功能完整性的影响可忽略不计。

比较表

弧焊热喷涂镀硬铬激光熔覆
热量输入高的低的不适用(化学过程)低的
稀释率10 – 40%N / A(机械粘合)没有冶金结合<5%
硬度(HV)相对较低<1000800 – 1000> 1000
失真高的低的不适用低的
热影响区大而宽低的不适用低的
质量不太耐用毛孔粗大,不耐用容易碎裂和分层高密度,长寿命
前后治疗许多许多许多很少
自动化难的难的难的简单的
外套厚度> 0.020”0.020英寸– 0.040英寸0.002英寸– 0.006英寸> 0.020”

激光熔覆与其他激光处理有何不同?

与传统的熔覆和焊接方法相比,激光熔覆在某些方面是独特的,激光熔覆具有高速热循环,可实现更高的强度和更精细的微观结构,所有这些都有助于提高耐腐蚀性。

根据《激光焊接技术手册》,激光熔覆螺钉的使用寿命比同等的高合金氮化螺钉长60%。

激光熔覆有哪些应用?

激光熔覆应用之一的图像

激光熔覆应用之一的图像

激光熔覆的重要应用是对高价值设备(例如工具,转子叶片,燃气轮机和内燃机零件以及其他工业组件)进行修理和翻新。

表面熔覆,修复焊接和生成工程是三个工业应用。该方法是可靠的宏观材料处理方法。

激光熔覆和焊接有什么区别?

激光熔覆和焊接并不相同,它们是总共两个不同的过程,以下是它们的作用方式。

激光熔覆和焊接有什么区别

激光熔覆:激光加固是通过在所需的金属上放置一层薄薄的金属涂层来进行的。可以通过以下方式传播材料:粉末注射,预先放置在基板上的粉末和送丝。对于层厚度为0.05到2mm,宽度为0.4毫米的不同材料,可以应用粉末注射。

焊接:焊接是将金属与热量或压力或两者结合在一起的一种作用,其作用是使所连接金属的性质得以持续。可以在与母体金属相同数量级的熔化温度下使用填充金属,也可以不使用填充金属,并且焊接产品可以是焊料。

激光熔覆的优点是什么?

您应该知道,激光熔覆有3个主要优点,具体如下:

  1. 冶金链接:在低温下获得的冶金结合是激光熔覆的最大优势。由于激光熔覆采用冶金结合,因此涂层的孔隙率非常小,因此具有出色的长期耐腐蚀性。
  2. 一步一步建立:与其他方法相比,激光熔覆可在一次通过中获得更厚的堆积。重叠的通道相结合以创建高质量的板。加上较低的金属稀释度,可确保后加工可忽略不计。
  3. 较低温度:与其他处理不同,激光熔覆可在较低温度下实现这种冶金结合。它具有有限的热影响区域,这是指贱金属中由于高温而改变了性能的部分。 0.03“的受热影响区域通常用于激光熔覆。如果您的组件易受热变形的影响,那么这是有利的。

激光熔覆的缺点是什么?

具有优势的所有事物也都有劣势,并且激光熔覆并非例外。激光熔覆的缺点可分为3个不同类别,例如:

  1. 工艺限制:激光熔覆的方法在很大程度上是自动化的。尽管这提高了准确性,但也降低了灵活性。该机器不仅运输不便,而且还会使较大部件的处理复杂化。
  2. 材料限制:激光熔覆通常只应用几种材料。 Inconel,Hastelloy和Stellite是镍和钴基合金。 300和400范围内的不锈钢,以及诸如碳化钨之类的碳化物。它们非常适合耐磨性和耐腐蚀性能,但是如果您需要其他涂层性能,则必须另寻别处。
  3. 涂层厚度问题:堆积物厚,像大多数优点一样,也有缺点。当需要薄涂层时,激光熔覆很困难,因为它一次就沉积了太多。快速的构建速度也可能导致开裂。

覆层材料是什么?

包层可以由多种材料制成,例如橡木,金属,石材,乙烯基和复合材料,例如青铜,木材,水泥混合物,回收的聚苯乙烯和小麦/大米秸秆纤维。防雨覆层是一种防雨覆层,既可提供防元素保护又可提供隔热效果。

只有一个控制元件:覆层仅有助于直接保护水或空气,以控制径流并避免进入建筑物系统。包层也可以用来防止声音进入或流出。覆层样式或材料可能会引起火灾。

激光熔覆和激光合金化之间有什么异同?

激光熔覆和激光合金化均使用高能量强度的激光束在与粘合剂粘结的基板表面上形成合金熔覆涂层,但结构和性能略有不同。

虽然这两个过程相同,但是它们根本不同,主要区别如下:

(1)由于在激光熔覆过程中用非常薄的基体熔化片使熔覆成分完全熔化,所以对熔覆成分的影响最小。

激光合金化的目的是在熔融复合层的基础材料表面添加合金元素,以便形成新的合金层。

(2)激光熔覆不是将基材表面层的液态金属用作溶剂,而是将原本配置的合金粉末熔化,使其成为熔覆层的主体合金。

大约在同一时间,在基体合金上形成熔化的薄膜,从而形成冶金结合。

用于准备新产品的激光熔覆是在恶劣环境下维修和再制造损坏的零件以及直接生产金属零件的重要基础,并且已引起全世界科学家和企业的极大兴趣。

激光熔覆会触发裂纹吗?

虽然据报道,由电感器支持的激光熔覆系统已大大减少了激光熔覆涂层的开裂问题,但裂纹仍是材料工程中的最大挑战,特别是对于镍-Cr-B-Si-C等硬质合金而言[3]。大量使用激光熔覆。

激光熔覆技术面临哪些问题?

激光熔覆层的精度主要从两个角度进行评估。首先用肉眼检查包层路径的形状,表面不规则性,裂纹,孔隙和稀释率。其次,研究了是否可以形成良好的结构以及在微观水平上是否可以达到必要的值。

此外,应计算表面熔覆层的形式和分布的化学元素。确定过渡层是否处于冶金结合状态并进行质量寿命测试非常重要。

什么是激光熔覆设备?

激光覆盖是一种用于表面更改的现代技术。选定的涂料放置在表面上,并通过强大的激光应变进行辐照,以通过不同的填充方法(同步粉末进料或预设粉末)与基体材料形成冶金连接。增强基材表面的耐热性,防锈性,耐磨性,抗氧化性和其他特性。

什么是超高速激光熔覆机,它们做什么用?

超高速激光熔覆机

超高速激光熔覆机

近年来,激光熔覆设备发展迅速,现在已广泛用于航空航天,石油,造船,制造设备和核电行业。激光熔覆技术作为激光熔覆设备的核心技术,已经发展成为国家绿色金属增材制造技术最重要的支撑技术之一。

激光束,粉末束和惰性气体流使用超高速激光熔覆设备精确组合,该设备使用半导体光纤输出激光器或光纤激光器产生高能激光束。激光束,粉末束和惰性气体流使用精确设计的高速激光熔覆头和高速或移动速度运动机构精确组合。

如何选择激光熔覆材料?

已经采用了各种方法和程序来进行试验和测试,以确定适合特定项目的最佳覆层材料。

激光熔覆材料如何选择_
激光熔覆粉末的图像(示例)

但是,基于多年实践的最好、最明智和最有效的方法是对基材(工件)、环境以及它将服务的应用进行彻底和完整的分析。

这试图确定的是需要增强和纯开发的基材的磨损、腐蚀以及其他特性。

激光熔覆和热喷涂有什么区别?

如果您不知道,激光熔覆和热喷涂是两 (2) 种经常互换的方法。

热喷涂
热喷涂工艺的工作原理

这是因为与其他方法相比,它们产生了相似的结果。

但是激光熔覆方法与热喷涂有什么不同呢?让我们更仔细、更深入地了解它们中的每一个。

激光熔覆 是一种表面硬化工艺,它利用激光将粉末材料熔化到表面,通常是硬钢、金属或合金表面,从而在焊接粉末和工件材料之间形成冶金结合。

激光熔覆的伟大之处在于它不需要非常高的能量——与需要大约 6,100 摄氏度的 TIG 焊接相反。它通常只需要大约 530 到 560 摄氏度。

热喷涂在绳索的另一端,不仅仅是一个单一的过程。它可以通过执行各种程序和方法来构思。

但是,最常见的是使用电或燃气,产生的火焰会熔化粉末或金属丝,这些粉末或金属丝将应用于工件或表面硬化的材料。

与激光熔覆不同,热喷涂不仅限于产生冶金结合。事实上,大多数工艺都使用机械粘合。

何时使用激光熔覆?

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对特定工件或基材进行激光熔覆

在各种情况下,您会希望使用激光熔覆代替热喷涂,其中一些包括:

  • 如果您想要牢固的冶金结合
  • 如果温度是个问题
  • 当您正在寻找单程或一步式流程时

该过程通常快速、简单且容易——但如果您所处的环境存在温度高且波动的问题,则您需要避免这样做。

何时使用热喷涂?

何时使用热喷涂_ 完整的热喷涂外观图像

另一方面,如果出现以下情况,您可能希望在基材或材料上进行热喷涂:

  • 您正在寻找薄而耐用的涂层
  • 要求厚度的准确性和精度
  • 您想要实现的不仅仅是冶金结合 – 还需要机械结合

这些只是两者之间最显着的一些差异。

尽管有些人可能会觉得它很微妙,但这已经足以确定激光熔覆与热喷涂的不同之处。

激光熔覆和激光焊接有何不同?

它们都需要使用激光,那么它们有什么不同呢?

激光焊接
激光焊接如何完成和完成的完美图像

如果您最初认为激光焊接将与激光熔覆与热喷涂一样接近,请再想一想。

为了提高您对哪个是哪个的认识,让我们尝试根据您对激光熔覆的理解来讨论什么是激光焊接。

激光焊接 简单来说就是使用激光将两 (2) 种或更多不同材料熔化在一起的过程。它基本上是焊接,但不是使用传统的焊接组件,而是使用激光。

激光焊接的主要目的是将两块或更多块金属或基材连接在一起——即使是不同的材料。

激光焊接最常见和最常用的部分应用包括:

  • 医疗器械和医疗设备
  • 消费电子零部件
  • 汽车和航空零件
  • 小型消费品和消费品的包装
  • 还有很多

激光熔覆 包括将填充材料(通常以金属丝或粉末的形式)熔化到工件或基材的表面上。

激光熔覆的目标不是将材料连接或熔合在一起,而是将材料沉积到工件或基板的表面上。它可能出于各种原因和目的,但最常见的是为了防止腐蚀、磨损,以及添加另一层材料以进一步保护。

这就是区分激光熔覆和激光焊接是多么容易。正如您可能已经看到的,这些程序彼此相距不远,但它们的目标却完全不同。

激光熔覆头重要吗?

激光熔覆头是激光焊接机中的一种组件,它携带着激光来熔化材料。

激光熔覆头重要吗_
激光熔覆头外观的图像

它是激光焊接机主要或主要部件的一部分,因为没有它,焊接将无法进行。

想象一下激光焊接机的底部只有底座。如果它没有提供焊接程序的零件或组件,它将如何执行焊接程序?

所以,要回答这个问题,是的,激光熔覆头实际上是激光熔覆或激光焊接机中最重要的东西之一。

什么是激光熔覆中的稀释?

根据定义,稀释是指包层以及其他基材的混合总量。

激光熔覆中的稀释
低稀释实例的图像,因为基底金属少于涂层

为了以更简单和更容易的方式为您提供它,让我们看一下这个特定示例。

如果与涂层相比,您正在执行的程序中的贱金属量很少,则意味着稀释度低。另一方面,如果涂层的数量或体积远小于涂层,则意味着更高的稀释度。

激光熔覆通常的热影响区是什么?

理想情况下,中位数或平均值 热影响区 激光熔覆的厚度约为 0.5 至 0.75 毫米。

热影响区
热影响区的图像

这取决于您的项目要求,尽管它可以高达 1 到 1.25 毫米。

但是,这是激光熔覆过程中热影响区的一般或平均半径。

您可以在航空航天材料中使用激光熔覆吗?

当然可以!事实上,激光熔覆是 TIG 或气体钨极电弧焊 (GTAW) 最著名的替代方法,而 GTAW 是航空航天和国防 (AS&D) 行业中焊接零部件的传统工艺。

因此,如果您在航空航天部门或工业中处理工件和基板,激光熔覆程序也是您可以信赖的方法。

是否可以在铸铁上进行激光熔覆?

是否可以在铸铁上进行激光熔覆
灰铸铁的图像

虽然许多人认为这是不可能的,但激光熔覆已经证明了它的效率和能够处理大量材料的有效性。

一些人解释说,他们在铸铁上进行激光熔覆取得了成功,而另一些人则说他们失败了,再也没有尝试过。

然而,根据研究,很少有关于在铸铁以及在成分、耐用性和整体工程方面相似的基材上进行激光熔覆的能力的信息。

在研究的支持下,铸铁基材已被证明是最难用于任何焊接工艺的材料之一。

激光熔覆工件可加工吗?

是的,一点没错!事实上,许多企业仍然对包层部分进行的饰面和处理太少,以增强其物理性或整体可视化。

您仍然可以对激光熔覆工件和基板进行铣削、车削或任何其他类型的精密精加工。

您可以使用激光熔覆来修复零件和组件吗?

如果我们看一下激光熔覆的主要功能,它是以线和粉末的形式沉积材料层,对吗?它的最终目标是能够保持或提高某个组件的寿命,对吗?

因此,我们可以得出结论,激光熔覆是一种您绝对可以用来修复零件和组件的程序,无论它们处于什么行业——只要它们使用金属或钢基材。

激光熔覆与激光金属沉积

当您遇到这两个或其中任何一个术语时,请不要混淆。

根据定义,激光熔覆是将填充材料或熔覆材料沉积到基材和工件上的过程,目的是在两者之间建立冶金结合 (2)。

激光金属沉积只是它的一个通用术语,而激光熔覆则更像是一个行话。

这两个术语在本质上是相同的;只是激光熔覆在工业中使用得更多,因为激光金属沉积可能意味着堆焊或纯焊接。

什么是常见的激光熔覆缺陷?

就像在任何其他类型的激光程序中一样,您会发现焊接程序中有很多缺陷和错误。

但是,为了给您最常见和最受欢迎的,它们包括但不限于:

气孔率

通常,被污染的板或表面会导致孔隙率。这也可能是因为在熔覆过程之前没有彻底清洁它。

此外,如果激光小孔不稳定,在高功率穿透时会坍塌,也会出现孔隙。

凝固开裂

通常也称为热裂纹,是在特定焊缝固化时涉及裂纹形成的缺陷。

凝固裂纹的常见罪魁祸首是在激光焊接过程中没有正确控制焊缝的形状。

激光熔覆对铁路维修有效吗?

是的,事实上,铁路行业是依赖激光熔覆实现快速、准确和高质量熔覆和焊接的行业之一。

铁路维修
通过激光焊接和激光熔覆修复铁路

特别是因为铁路被社会视为常态,激光熔覆能够以快速、紧急和迅速的方式提供准确性和精度的保证。

铁路行业等其他几个业务部门和行业也注意到激光熔覆技术在其武器库中的重要性,其中包括:

  • 造船业
  • 军事与国防工业
  • 海洋与海事行业
  • 坦克和船舶行业
  • 还有很多!

所有的缺陷都存在吗?当然不是,这两个 (2) 只是被认为是激光熔覆过程中最常见的缺陷和错误。

包层的厚度可以控制吗?

没有多少专家相信这一点,但是是的,您将能够控制应用于工件或基材的金属或填料。

事实上,一些激光熔覆机器和设备都有自己的控制装置,因此工人和员工更容易在熔覆金属或材料的厚度上准确无误。

激光熔覆设备的类型

市场上有很多不同类型的激光熔覆机和设备,并且没有一种方法可以将它们分类或组合在一起。

但是,最好和最理想的方法是根据它们产生的激光类型来区分它们。

通过这种方式,我们将能够识别四 (4) 种不同类型的激光熔覆设备,它们是:

  • 二极管激光熔覆机
  • YAG 激光熔覆机
  • CO2 激光熔覆机
  • 光纤激光熔覆机

超高速激光熔覆机的优势是什么?

这些类型的激光熔覆机相对于其他类似的低容量机器具有一些优势。以下是超高速激光熔覆机的优势:

高效熔覆:由于激光能量消耗率高,加上非常高的熔覆线速度和较薄的熔覆层,超高速激光熔覆设备可以实现非常高的熔覆性能。大约在同一时间,激光熔覆系统有一个双筒粉末送料器,可以同时进行激光加工和送粉,满足了三维激光熔覆和激光快速成型的需求。

高精度和稳定性:超高速熔覆设备中的送粉器通常使用伺服电机而不是步进电机,质量流量计而不是浮子流量计以及CNC处理粉末盘,从而形成转盘转速和气体流量的完整闭环。结果,超高速熔覆机的输送精度和稳定性大大优于其他半成品设备。

激光能量转换率高:超高速激光熔覆机使用具有高速激光熔覆头和高速激光熔覆喷嘴的自主研发的高功率光纤激光器。与传统的激光熔覆设备相比,它具有更高的光电转换效率,更低的功耗和更高的光束强度。超高速激光熔覆机的高光束效率非常适合用于高速运动模块下的熔覆,从而可形成小晶粒,无缺陷且无裂纹的涂层。

激光熔覆设备的工作原理是什么?

激光涂层是基于高强度激光束,通过加速熔化,膨胀和固化,以具有特殊的电气,化学或机械特性的塑料板表面进行辐照,从而形成新的复合材料。缺乏良好的效率,以至于无法充分利用所有材料,并且可以解决弱点。

涂覆许多(基于设计的)金属或非金属零件,以制备具有根据工作条件而定的耐热性,防锈性,耐磨性,抗氧化性,抗疲劳性或耐光性,电和磁性能的表面涂层。激光熔覆可以在低熔点钢上沉积高熔点合金,并且可以固结非相材料表面(Al,Cu,Ni等)。

从哪里采购高质量的激光熔覆?

中国有数百家激光熔覆的供应商和制造商,但是有一个名字很突出,那就是 沃尔顿钢铁公司。

沃尔顿钢铁:我们不仅是最好,最合格和最专业的公司,而且我们还是值得信赖的激光熔覆制造商和供应商,因为我们所有的设备和机械都经过严格的测试。

此外,我们的业务配备了最新的技术和校准系统,可确保您以最合理和诱人的价格获得最优质的激光熔覆材料。

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激光熔覆横幅

应用领域

应用于激光熔覆的材料相对较宽。它已经成功开发了不锈钢,模具钢,可锻铸铁,灰铸铁,铜合金,钛合金,铝合金和特殊表面。并已被广泛应用于以下领域:钴,镍,铁和其他自熔合金粉末和陶瓷相的激光熔覆。

铁基合金粉末的激光熔覆适用于需要局部耐磨性并易于变形的零件。

镍基合金粉末适用于需要局部耐磨性,耐热性,耐腐蚀性和耐热疲劳性的组件。

钴基合金粉末适用于需要局部耐磨性,耐热性,耐腐蚀性和耐热疲劳性的零件。

陶瓷涂层具有高强度,出色的热稳定性和高温下的高化学稳定性,适用于需要耐磨性,耐腐蚀性和高温性的零件。以及零件的抗氧化性。

激光熔覆应用

处理

激光熔覆可根据熔覆材料的供应方法分为两大类,即预设激光熔覆和同步激光熔覆。

预设的激光熔覆是预先将熔覆材料放置在基板表面上,然后使用激光束照射来扫描和熔化熔覆材料。内容物以粉末,金属丝或薄片的形式添加,最常见的是灰尘。

同时进行激光熔覆是将熔覆材料直接送入激光束,以便同时进行送入和涂覆。熔融金属也主要以粉末形式供应,但有些也使用金属丝或金属片同时进料。

激光熔覆

工艺流程

预设激光熔覆的主要过程是对基板熔覆表面进行预处理-预设熔覆材料-预热-预设熔覆材料-激光熔化-后热处理。

同步激光熔覆的主要过程是对基板熔覆表面进行预处理-进料激光熔化-后热处理。

激光熔覆工艺参数

主要参数是激光功率,光斑直径,熔覆速度,散焦量,送粉速度,扫描速度和预热温度。这些参数对稀释率,开裂,覆层的表面粗糙度和覆层部件的密度具有重要影响。设置也会相互影响,这是一个非常复杂的过程,必须采用合理的控制方法在包层过程允许的范围内控制激光器中的这些参数。

激光功率

激光功率越高,熔化的熔覆金属的熔化量就越多,并且孔隙率越高。随着激光功率的增加,熔覆层的深度增加,周围的液态金属急剧波动,并且动态凝固结晶,从而导致孔隙数逐渐增加。裂纹逐渐减少甚至消除。当覆层的深度达到最终的底部时,随着功率的增加,变形和裂纹加剧,并且基板的表面温度升高。功率过小,仅表面涂层熔化,基材未熔化,此时熔化层表面局部起球,空洞等,达不到熔化表面的目的。

熔覆速度

包层速度V与激光功率P具有相似的效果。包层速度太高,合金粉末不能完全熔化。如果熔覆速度太高,则合金粉末不会完全消失,也不会具有优质熔覆的效果。如果包层速度太低,则熔池的存在时间太长。长度过长,粉末的过度燃烧,合金元素的损失以及向基材的大量热量输入都会增加变形。

光斑直径

激光束通常是圆形的。包层的宽度主要取决于激光束的光斑直径,该直径增加,并且包层变宽。光斑尺寸将导致包层表面的能量分布发生变化,并且包层的形态和组织特性将发生很大变化。一般而言,在光斑尺寸较小的情况下,包覆层的质量较好,随着光斑尺寸的增大,包覆层的质量降低。但是光斑直径太小,不利于获得大面积的覆层。

询问激光熔覆建议 瓦尔顿

在某些情况下,您会查询激光熔覆。随时欢迎您的来信。