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激光熔覆技术的运用分析

 激光熔覆技术的运用分析
   激光熔覆是一种新式的涂层技术,是涉及到光、机、电、质料、检测与控制等多学科的高新技术,是激光先进制造技术最重要的支撑技术,可以处理惩罚传统制造方法不能结束的难题,是国家关键支撑和推动的一项高新技术。现在,激光熔覆技术已成为新质料制备、金属零部件快速直接制造、失效金属零部件绿色再制造的重要方法之一,已广泛运用于航空、石油、轿车、机械制造、船舶制造、模具制造等工作。全自动超声波切割机
    为推动激光熔覆技术的财产化,世界各国的研讨人员针对激光熔覆涉及到的要害技术进行了体系的研讨,已获得了严重的发展。国内外有许多的研讨和会议论文、专利先容激光熔覆技术及其最新的运用:包含激光熔覆设备、质料、工艺、监测与控制、质量检测、进程的模拟与仿真等研讨内容。但到现在为止,激光熔覆技术还不能大面积工业化运用。分析其原因,这里有政府导向的要素、激光熔覆技术本身老到水平的约束、社会各界对激光熔覆技术的认可水平等要素。因此,激光熔覆技术欲结束全面的工业化运用,有必要加大宣扬力度,以市场需求为导向,关键打破约束展开的要害要素,处理惩罚工程运用中涉及到的要害技术,信赖在不远的将来,激光熔覆技术的运用范畴及其强度将不断的扩展。
激光熔覆的优势
    激光束的聚集功率密度可达1010~12W/cm2,作用于质料能获得高达1012K/s的冷却速度,这种归纳特性不只为质料科学新学科的生长供应了强有力的基础,一起也为新式质料或新式功用表面的结束供应了一种史无前例的东西。激光熔覆所创造的熔体在高温度梯度下远离平衡态的快速冷却条件,使凝结组织中构成许多过饱和固溶体、介稳相甚至新相,现已被许多研讨所证明。它供应了制造功用梯度原位自生颗粒增强复合层全新的热力学和动力学条件。一起激光熔覆技术制备新质料是极点条件下失效零部件的批改与再制造、金属零部件的直接制造的重要基础,受到世界各国科学界和企业的高度重视和多方面的研讨。
    现在,运用激光熔覆技术可以制备铁基、镍基、钴基、铝基、钛基、镁基等金属基复合质料。从功用上分类:可以制备单一或一起兼备多种功用的涂层如:耐磨损、耐腐蚀、耐高温等以及特别的功用性涂层。从构成涂层的质料体系看,从二元合金体系展开到多元体系。多元体系的合金身分规划以及多功用性是往后激光熔覆制备新质料的重要展开方向。
    研讨标明,在我国工程运用中钢铁基的金属质料占主导地位。一起,金属质料的失效(比如腐蚀、磨损、疲惫等)大多发作零部件的作业表面,需求对表面进行强化。为满足工件的执役条件而选用大块的原位自生颗粒增强钢铁基复合质料制造,不只糟蹋质料,而且本钱极高。另一方面,从仿生学的视点考察天然生物质料,其组成为外密内疏,功用为外硬内韧,且密—疏、硬—韧从外到内是梯度改动的,天然生物质料的特别结构使其具有优异的运用功用。依据工程上质料特别的执役条件和功用的要求,火急需求开发强韧结合、功用梯度改动的新式表层金属基复合质料。因此,运用激光熔覆的方法制备与基材呈冶金结合的梯度功用原位自生颗粒增强金属基复合质料不只是工程实践的火急需求,也是激光表面改性技术展开的必然趋势。激光熔覆技术制备原位自生颗粒增强金属基复合质料、功用梯度质料已有报道,但大部分停留在组织、功用分析,工艺参数的控制阶段,增强相的规范、距离和所占的体积比还不能到达可控制的水平,梯度功用是经过多层涂覆构成的,不可避免地在层与层之间存在界面弱结合的问题,距离有用还有恰当长的路。运用激光熔覆技术制备颗粒巨细、数量、分布可控,强耐性恰当匹配,集梯度功用和原位自生颗粒增强为一体的金属基表层复合质料是往后重要的展开方向。
研讨内容涉及到:
● 熔覆质料身分、组织、功用规划的技术、方法和原理及其工艺结束的控制技术。
● 激光熔覆制备功用梯度原位自生颗粒增强金属基复合质料颗粒增强相分出、长大和强化的热力学和动力学模型的建立。
● 颗粒增强相形状、结构、功用和复合的仿生规划和规范、数量、分布的控制技术。
● 涂层身分、组织和功用梯度控制的原理、要害要素和工艺方法的研讨。
● 微观、微观界面的查询、分析控制和表征;功用梯度原位自生颗粒增强金属基复合质料通例功用的分析和检测以及不同工况下的磨损行为及失效机制。
    这些研讨内容的打破,有或许处理惩罚涂层与基体相容性不匹配,易于发作裂纹的问题,促进激光熔覆技术运用范畴的拓展。
    激光熔覆是由激光作为热源,在基底上包覆一层功用极为优异的合金层,其功用将按照所处理惩罚零件的具体要求而定。激光熔覆方法的利益是覆层组织细密、功用优异、热应力小、变形小以及无污染等。其缺点也是很明显的:需求很高功率的激光器、单道搭接扫描不适宜大面积处理惩罚,难于结束财产化等。为处理惩罚这些难题,选用激光复合熔覆技术是有用的途径之一,也是往后展开的重要方向。激光复合熔覆就是选用一般加热方法,再加上激光复合加热来结束熔覆处理惩罚作业。一般加热方法依据需求可以是电加热、各类感应加热等。
归纳起来,激光复合熔覆技术具有如下的特征:
●“通例(如感应)+激光”二者复合加热熔覆是集两种加热工艺的利益,一起克服了各自单一方法的缺乏,充实体现了优势互补的特征。
● 用通例方法辅佐了激光加热,然后可以结束用较小功率的激光器结束由原来必需很高功率也不易结束的大面积熔覆,是单一方法无论怎样也不易做到的。
● 激光复合熔覆技术扩展了通例技术的新的更广运用,而对通例技术的接纳又进一步促进了激光熔覆技术的运用和财产化的进程。
● 激光复合熔覆技术特别适用于细长杆类,规范在一定规划内的轴类等零件,如抽油泵柱塞、某些类型的轧辊及特别用处的轴等。
    现在,激光熔覆首要选用的是CO2气体激光器,用于大型零件的激光熔覆,少部分选用YAG激光器。YAG激光熔覆常选用脉冲激光熔覆。最近的工程运用标明,选用YAG激光熔覆在小型零部件方面更有优势。
    展开的另一个重要的趋势是选用高功率半导体激光器,运用波长规划808-965μm的红光或近红外激光,较CO2 激光器来看金属易吸取,可省去前期预处理惩罚,便利易操纵。大功率半导体激光熔覆技术较其他熔覆方法具有明显的优势。一起,半导体激光可以结束与同轴送粉一体化控制及运用光纤传输与扩束技术进行导光聚集,结束全封闭传输或光纤传输,结束光、机、电、粉、控一体化高度集成控制;与机器手(人)结合,小型化,可结束移动在线服务,满足不同条理的需求。可以预见,在传统CO2 、YAG激光熔覆技术之外,新式的大功率半导体激光熔覆设备与工艺,必将逐步展开起来并满足高质量表面工程的需求,成为激光表面处理惩罚的重要组成部分。
    跟着激光熔覆技术的老到与展开,结束了以激光为首要加工方法对各种金属部件的几何缺失,按照原制造规范进行几何规范的回复、功用的进步。跟着科学技术和工程技术的展开与需求,金属部件作业的条件愈来愈严苛,经常作业在高交变应力、高温、高速、高腐蚀等极点条件下。因此,制造金属部件的质料需求一起具有多种功用才干满足零件特别的执役条件。而且这些部件的制造本钱、制造周期长,一旦失效发作巨大的经济损失和安全事故。如轮机配备中,各类重要的部件如:叶片、转子轴颈、阀杆、叶轮、阀门等;飞机发动机、内燃机部件等。这些工程上的技术难题,为激光熔覆技术提出了新的挑战。因此,怎样处理惩罚极点条件下失效零部件的批改问题是十分火急和杂乱的,需求对极点条件下,零部件的失效方式分析,剩余寿数进行点评,选择适宜的质料、工艺方法。因此,以极点条件下要害零部件的强化与批改为切入点,体系研讨激光熔覆强化与再制造技术,经过若干要害技术的联合攻关,获得适合于极点条件下,各种零部件强化与批改的总体技术。
关键需求攻关的方向:
● 极点条件下,失效零部件批改(强化)前后,寿数点评技术;
● 极点条件下,失效零部件无损伤批改技术的研讨;
● 极点条件下,失效零部件激光批改专用合金质料的研讨;
● 实体丈量、三维实体堆积造型批改控制体系、批改进程温度、几何规范和质量智能监控体系的研讨;
● 专用的批改附属配备的研讨;
● 批改层功用考试技术及其加工技术的研讨。
激光熔覆技术的展望

    激光熔覆技术是集质料制备和表面构型为一体,是绿色再制造技术的重要支撑技术之一,符合国家可继续展开战略的高新技术。我国科学作业者在基础理论研讨方面处在国际先进水平,为激光熔覆技术的展开做出了巨大的贡献。但另一方面,激光熔覆技术的运用水平缓规划还不能适应市场的需求。需求处理惩罚工程运用中的要害技术,研讨开发专用的合金粉末体系,开发专用的粉末运送设备与技术,体系研讨无损伤批改的工艺方法,建立质量保证和点评体系,加大力度,培养工程运用方面的人才,信赖在制造业市场竞争日趋激烈的今天,激光熔覆技术大有可为。

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