プラズマクラッディングとレーザークラッディング：長所と短所を理解する

I.レーザークラッディングの特徴

1.技術的特徴

レーザークラッディングの最大の特徴は、集中加熱、急速加熱、急速冷却、小さな熱影響部である。異種材料間の融合に比類のない特性を持つ。

この特殊な加熱・冷却プロセスにより、鋳造領域では他の肉盛方法（溶射溶接、サーフェシング、通常の溶接など）とは異なる構造が生じ、特にパルスレーザーの場合はアモルファス構造を生成することさえある。

これが、レーザークラッディングを行わない理由である。 アニール そして変形。しかし、これはあくまでもワークピース全体というマクロな視点からの話だと思います。クラッド層をミクロに分析し 熱影響部別のシーンが見えます。

2.設備の特徴

現在、以下の2種類のマシンが使用されている。 レーザークラッド 中国のCO2レーザーとYAGレーザーである。前者はクラッド出力が一般的に3KW以上の連続出力で、YAGレーザーはパルス出力で、一般的に600W前後です。

機器については、一般ユーザーが十分に理解することは難しく、生産者のサービスに大きく依存している。購入価格も高く、メンテナンス費用や部品価格も高い。

加えて、機器の安定性と耐久性は、一般的に外国のものに比べて遅れている。

そのため、レーザークラッディングマシンは一般的に特殊な分野で使用され、一般的な産業製造やメンテナンスの分野では費用対効果が難しい。

3.プロセスの特徴

(1) 予備処置

レーザークラッディングの場合、一般的に必要なのは、被加工物をきれいに磨き、油や錆を取り除き、疲労層を除去することなどだけで、比較的簡単である。

(2) 粉体供給

CO2レーザーは出力が高く、一般的に粉末供給にアルゴンを使用します。YAGレーザーは出力が低く、一般的に自然落下方式を使用します。

これら2つの方法は、基本的にクラッディングの際に溶融プールを水平に形成する。傾きがわずかに大きいと、粉末を正常に供給できないため、レーザー、特にYAGレーザーの使用が制限される。

(3)溶融池の形成状態から見た場合

レーザーの制御精度が高く、出力が一定で、アーク接触がないため、溶融池の大きさと深さは一定である。

(4) 速い冷暖房

これは金属相形成の均一性に影響し、排気スラグ除去にも不利になる。これはまた、レーザークラッディングにおける気孔の形成や硬度ムラの重要な原因でもあり、特にYAGレーザーの場合はより深刻です。

(5) 素材の選択

異なる波長のレーザーに対する異なる材料の吸収能力のため、レーザークラッディングのための材料の選択は大きく制限される。レーザーは、ニッケルベースの自己溶解合金のようないくつかの材料に適しており、炭化物や酸化物によるクラッディングはより困難です。

II.マイクロビームプラズマクラッディングの特徴

1.技術的特徴

マイクロビームプラズマクラッディング装置で使用されるプラズマビームは電離アークであり、アーク溶接機よりも高密度であるため、加熱速度が速い。

より集中したプラズマビームを得るために、一般的に高圧縮比のアパーチャーと低電流が使用され、ベース温度が高くなりすぎないように制御し、逆火変形を防ぐ。

もちろん、YAGレーザーの加熱速度とは比較にならない。YAGレーザーの プラズマアーク は連続的に動作し、機械は比較的ゆっくりと冷却され、レーザークラッディングよりも深いトランジションゾーンを形成します。この結果、ハードフェーシング材の張力がよりよく解放されます。

2.設備の特徴

直流溶接機をベースにマイクロビームプラズマ肉盛装置を開発。

その電源、スプレーガン、粉体供給装置、発振器は、技術的な敷居が低く、製造が容易で、信頼性が高く、メンテナンスと使用が簡単で、消費電力が少なく、使用コストが低く、汎用性が高く、生産コストが低く、適応性が高く、生産規模を拡大しやすいという大きな利点がある。

環境要件が低く、幅広い材料への適応性がある。

電気技術の進歩に伴い、そのレベルは向上している。 溶接技術 には十分なサポートがある。また、装置のサイズと重量が小さく、溶接ガンを手で持つことができるため、より柔軟で便利に使用できる。補助工具のコストも低い。

3.プロセスの特徴

(1) 予備処置は簡単

必要なのは錆び落とし、脱脂、疲労層の除去のみ。

(2) 粉体供給

給粉にはアルゴンガスを使用。供給精度に対する要求は低く、ある程度の傾きも許容される。そのため、手動操作が可能で、金属補修に適している。

(3) マイクロビームプラズマは安定性が良い

マイクロビームプラズマの安定性は良好で、溶融プールの形成は制御しやすい。溶加材と装置本体は完全に融合し、移行領域は良好である。

(4) 加熱・冷却速度がレーザーより低い

溶融状態が長時間維持されるため、冶金組織が均一に形成される。排気スラグが改善される。溶射中、粉末は加熱され、アルゴンガスとイオン化空気で保護される。

そのため、オーバーレイ層の均一性が向上し、気孔や介在物などの欠陥が少なくなる。

(5) 素材の選択

プラズマ加熱方式は材料選択の制約が少ないため、選択の幅が広がり、炭化物や酸化物の肉盛りが容易になる。

III.オーバーレイにおけるいくつかの問題

1.溶接応力について

溶接、サーフェシング、溶射、オーバーレイなど）どのような用語が使われようとも、すべては加熱下の金属基材への鋳造であるという概念を確立しなければならない。

したがって、加熱から鋳造、そして冷却に至る過程で応力は必然的に発生する。

非常に特殊な材料を除けば、最も大きな影響を与えるのは収縮応力である。異なる 溶接方法 加熱方法、速度、充填材、その他の条件によって異なる。

従って、この応力が基板やキャスト層に与える影響を最小限に抑えることは、私たちが次のことを追求する際に考慮する重要な点である。 溶接品質.

私は収縮応力は避けられないと考えている。したがって、溶接応力問題を解決する鍵は応力除去にある。つまり、この収縮応力をどこで緩和するのか、応力を基材から鋳造部までどのように分散させるのかが、必要であり、解決できる問題なのである。

2.レーザー溶接（重ね溶接）では、なぜ変形が少ないのですか？

主な理由は、鋳造面積が小さいこと、トランジション・エリアが小さいこと、収縮が少ないことである。

そのため、材料の収縮過程で発生する収縮力は、機械本体全体を変形させるのに十分ではない。

これがレーザーオーバーレイが変形しない理由であり（機械本体のサイズが小さすぎると変形が生じる）、また、次のような利点もある。 レーザー溶接 (重ねて）。

では、この溶接応力はどこに行くのか。それは主に鋳造領域と移行領域に放出される。したがって、2つの問題が生じる：

第一に、鋳造部分はクラックが入りやすい。そのため、レーザー肉盛には、ニッケル系粉末のような高い延性が要求される。

第二に、トランジションゾーンには大きな応力がある。レーザーの急速な加熱と冷却のためである。 溶接工程トランジション・ゾーンのサイズが小さすぎると、この部分に応力が集中し、レーザー溶接（重ね合わせ）の接合効果に影響する。

特に、母材と母材の機械的性質に大きな差がある場合は、母材と母材の機械的性質を比較する必要がある。 溶接材料この傾向はより深刻で、層間剥離が起こることさえある。このため、レーザー重ね合わせ時のトランジション層の材料と厚みの設計には特別な注意が必要である。

3.プラズマ肉盛（肉盛溶接）は、なぜ亀裂や気孔などの欠陥が生じにくいのですか？

主な理由は3つある：

ひとつは、肉盛（肉盛溶接）用の熱源とし てのプラズマは、サブマージアーク溶接よりも集中 的であるということである、 ガスシールド溶接等々。

プラズマアークの安定性がよく、電極の消耗がなく、出力熱が均一で、制御が容易である。

その結果、鋳造領域における熱の均一な分布、完全かつ均一な材料の融合、十分な排気スラグ、均一な引け応力分布が得られる。

第二に、プラズマ装置の制御精度が高いため、鋳造領域と移行領域の制御が便利で、均一性がよく、応力分布を合理的に制御しやすい。

第三に、アルゴンガスによる保護は、さまざまな添加物を必要とせず、水素の除去や酸化といった問題もない。

したがって、プラズマ肉盛（肉盛溶接）は、大面積で厚く、高品質の硬質表面鋳物（高マンガン、高クロム・セラミック材料など）に適しており、耐摩耗性プレート、バルブ、ロールなどの製造に適している。

4.クラッディングの加工性

レーザークラッディングとプラズマクラッディングに関しては、多くの同業者が多くの論文を発表しているが、そのほとんどがレーザーの利点を強調しており、それは誰もが追い求める目標でもある。

しかし、そのほとんどは、ミクロの視点から金属組織を分析する方法で評価されている。

何事にも二面性があり、レーザークラッディングにも欠点がある。

プロセスには多くの制約があり、実際の生産ではより高度な操作スキルが要求されるため、多くの顧客に困難をもたらしている。

その主な原因は、急加熱・急冷却によるクラッド層の溶融時間が短いため、スポットの外縁と内縁の差が大きくなり、組織形成が不均一になり、応力分布が不均一になり、排気スラグが不足し、硬度が不均一になり、気孔が形成されやすく、スラグ封入の問題が発生し、特にYAGレーザーでは、大面積の完全なクラッド層を得ることが困難であるためと考えます。

従って、レーザークラッディングは、材料の選択から操作に至るまで、特に慎重に行う必要がある。

レーザーに比べ、プラズマクラッディングは入熱量が多く、基板の変形も大きい。

しかし、その溶融は十分であり、硬度分布は均一であり、排気スラグは徹底しており、材料の選択範囲は広く、操作が簡単であり、比較的無傷の全体的なクラッド層を得ることは容易であり、低コストで、良い利点、したがって、それは大面積、厚いクラッドで明らかな利点を持っています。