Plasmacladden vs Lasercladden: Voor- en nadelen begrijpen

I. Kenmerken van laserbekleding

1. Technische kenmerken

De belangrijkste eigenschap van lasercladding is de geconcentreerde warmte, snelle verwarming, snelle koeling en kleine warmte beïnvloede zone. Het heeft ongeëvenaarde eigenschappen voor de fusie tussen verschillende materialen.

Dit speciale verwarmings- en koelproces resulteert in een structuur in het gegoten gebied die verschilt van andere claddingmethoden (zoals sproeilassen, surfacing, gewoon lassen, enz.) en kan zelfs amorfe structuren produceren, vooral in het geval van gepulseerde lasers.

Dit is de zogenaamde reden voor lasercladding zonder gloeien en vervorming. Maar volgens mij is dit alleen vanuit het macroperspectief van het hele werkstuk. Als je een microscopische analyse uitvoert van de claddinglaag en warmte beïnvloede zonezie je een andere scène.

2. Uitrusting

Momenteel zijn er twee soorten machines die gebruikt worden in laserbekleding in China: CO2 lasers en YAG lasers. De eerstgenoemde heeft een continue output met een claddingvermogen dat meestal boven de 3KW ligt, terwijl de YAG-laser een gepulseerde output heeft, meestal rond de 600W.

Apparatuur is voor algemene gebruikers moeilijk te doorgronden en is sterk afhankelijk van de service van de producent. De aankoopprijs is duur, de onderhoudskosten en de prijs van onderdelen zijn hoog.

Bovendien blijven de stabiliteit en duurzaamheid van de apparatuur over het algemeen achter bij die van buitenlandse tegenhangers.

Daarom worden lasercladdingmachines over het algemeen gebruikt op speciale gebieden en is het moeilijk om rendabel te zijn in algemene industriële productie- en onderhoudsgebieden.

3. Proceseigenschappen

(1) Voorlopige behandeling

Voor het lasercladden is het over het algemeen alleen nodig om het werkstuk schoon te polijsten, olie en roest te verwijderen, de vermoeidheidslaag te verwijderen, enzovoort, wat relatief eenvoudig is.

(2) Voeding met poeder

CO2-lasers hebben een hoger vermogen en gebruiken meestal argon voor de poedertoevoer; YAG-lasers hebben een lager vermogen en gebruiken meestal een natuurlijke poederdruppelmethode.

Deze twee methoden vormen in principe een smeltbad in een horizontale positie tijdens het cladden. Als de kanteling iets groter is, kan het poeder niet normaal worden afgegeven, wat het gebruik van lasers, vooral YAG-lasers, beperkt.

(3) Vanuit het perspectief van de toestand van gesmolten poolvorming

Door de hoge controleprecisie van de laser, het constante uitgangsvermogen en het ontbreken van boogcontact zijn de grootte en diepte van het smeltbad consistent.

(4) Snel verwarmen en koelen

Dit beïnvloedt de uniformiteit van de metaalfasevorming en is ook nadelig voor het verwijderen van slak uit de uitlaat. Dit is ook een belangrijke reden voor de vorming van poriën en ongelijkmatige hardheid in lasercladding, vooral in het geval van YAG-lasers, wat ernstiger is.

(5) Materiaalkeuze

Door de verschillende absorptiecapaciteiten van verschillende materialen voor lasers met verschillende golflengten, is de materiaalkeuze voor lasercladding sterk beperkt. Lasers zijn meer geschikt voor sommige materialen zoals zelfsmeltende legeringen op basis van nikkel, en cladden met carbiden en oxiden is moeilijker.

II. Eigenschappen van microbundelplasmabekleding

1. Technische kenmerken

De plasmastraal die gebruikt wordt in een microbeam plasma cladding machine is een ionisatieboog die geconcentreerder is dan een booglasmachine en daarom sneller verhit.

Om een meer geconcentreerde plasmabundel te verkrijgen, wordt over het algemeen een opening met een hoge compressieverhouding en een lage stroom gebruikt om te voorkomen dat de basistemperatuur te hoog wordt en om vervorming van de backfire te voorkomen.

Dit is natuurlijk niet te vergelijken met de verhittingssnelheid van een YAG-laser. Aangezien de plasmaboog werkt continu, koelt de machine relatief langzaam af en vormt een overgangszone die dieper is dan bij lasercladden. Dit resulteert in een betere spanningsvrijgave voor hardfacematerialen.

2. Uitrusting

Apparatuur voor microbundelplasmacladding is ontwikkeld op basis van gelijkstroomlasmachines.

De stroombron, het spuitpistool, de poedertoevoer en de oscillator hebben een lage technische drempel, zijn eenvoudig te fabriceren, betrouwbaar, eenvoudig te onderhouden en te gebruiken, verbruiken minder elektriciteit, hebben lage gebruikskosten, een goede veelzijdigheid, lage productiekosten, een goed aanpassingsvermogen en zijn eenvoudig op te schalen voor productie, wat aanzienlijke voordelen biedt.

Het stelt weinig eisen aan het milieu en is geschikt voor veel verschillende materialen.

Met de vooruitgang van de elektrische technologie is het niveau van lastechniek in ons land voldoende ondersteuning heeft. Bovendien is de apparatuur klein van formaat en gewicht en kan het laspistool met de hand worden vastgehouden, waardoor het flexibeler en handiger in gebruik is. De kosten van hulpgereedschap zijn ook laag.

3. Proceseigenschappen

(1) Voorbehandeling is eenvoudig

Alleen roest verwijderen, ontvetten en vermoeiingslagen verwijderen zijn vereist.

(2) Poedervoeding

Voor het voeden van poeder wordt argongas gebruikt. De eisen aan de toevoerprecisie zijn laag en een bepaalde hellingshoek is toegestaan. Dit maakt handmatige bediening mogelijk, wat geschikt is voor metaalreparatie.

(3) Micro-Beam Plasma heeft een goede stabiliteit

De stabiliteit van het microbundelplasma is goed en de vorming van het smeltbad is eenvoudig te controleren. Het vulmateriaal en het machinelichaam zijn volledig versmolten en het overgangsgebied is goed.

(4) Verwarmings- en koelsnelheden zijn lager dan Laser

De gesmolten toestand blijft lang behouden, wat bevorderlijk is voor de uniforme vorming van metallurgische structuren. De afvoerslak is beter. Het poeder wordt verwarmd tijdens het sproeiproces en wordt beschermd door argongas en geïoniseerde lucht.

Daarom is de uniformiteit van de deklaag beter en zijn er minder defecten zoals poriën en insluitsels.

(5) Materiaalkeuze

De plasmabrandmethode heeft minder beperkingen voor de materiaalkeuze, biedt een bredere selectie en het is gemakkelijker om hardmetalen en oxiden te overlappen.

III. Verschillende kwesties in overlaying

1. Over lasspanning

We moeten ons realiseren dat ongeacht de gebruikte terminologie (lassen, surfacing, thermisch spuiten, overlaying, etc.), het allemaal draait om gieten op een metalen substraat onder verhitting.

Daarom treedt er onvermijdelijk spanning op tijdens het proces van verhitten tot gieten en vervolgens afkoelen.

Afgezien van zeer specifieke materialen is de belangrijkste invloed meestal de krimpspanning. Verschillende lasmethoden variëren in verhittingsmethoden, snelheid, vulmaterialen en enkele andere omstandigheden.

Daarom is het minimaliseren van de impact van deze spanning op het substraat en de gietlaag een belangrijk aspect waarmee we rekening houden bij het nastreven van laskwaliteit.

Ik geloof dat krimpspanning onvermijdelijk is. Daarom is de sleutel tot het oplossen van het lasspanningsprobleem spanningsontlasting. Met andere woorden, waar deze krimpspanning wordt weggenomen en hoe de spanning wordt verdeeld van het substraat naar het gietgebied is een probleem dat we moeten en kunnen oplossen.

2. Waarom is er minder vervorming bij laserlassen (overlappen)?

De belangrijkste redenen zijn het kleine gietoppervlak, de kleine overgangszone en de minimale krimp.

Daarom is de krimpkracht die wordt gegenereerd tijdens het krimpproces van het materiaal niet genoeg om het hele machinelichaam te vervormen.

Dit is de reden waarom laser overlaying niet vervormt (dus als het machinelichaam te klein is, kan er toch vervorming optreden), en het is ook een voordeel van laserlassen (overlay).

Waar gaat deze lasspanning naartoe? Hij komt voornamelijk vrij in het gietgebied en het overgangsgebied. Daarom ontstaan er twee problemen:

Ten eerste is het gietgebied gevoelig voor scheuren. Daarom vereist laser overlay een hoge taaiheid van het materiaal, zoals poeder op nikkelbasis.

Ten tweede heeft de overgangszone een grote spanning. Door de snelle opwarming en afkoeling in de laser lasprocesDe grootte van de overgangszone is te klein, wat spanningsconcentratie in dit gebied veroorzaakt, wat het hechtingseffect van laserlassen (overlappen) beïnvloedt.

Vooral als er een aanzienlijk verschil is in de mechanische eigenschappen tussen het basismateriaal en de lasmateriaalis de trend ernstiger en kan er zelfs delaminatie optreden. Dit vereist speciale aandacht voor het materiaal en de dikte van de overgangslaag tijdens het laser overlayen.

3. Waarom produceert plasmacladding (lasoverlay) niet gemakkelijk defecten zoals scheuren en poriën?

Er zijn drie belangrijke redenen:

Een daarvan is dat plasma als warmtebron voor het cladden (overlappen van lassen) geconcentreerder is dan onder poederdek lassen, gasbeschermd lassenenz.

De stabiliteit van de plasmaboog is beter, er is geen elektrodeverbruik, de uitgangswarmte is uniform en het is gemakkelijk te regelen.

Dit resulteert in een gelijkmatige verdeling van warmte in het gietgebied, volledige en gelijkmatige versmelting van het materiaal, voldoende uitlaatslakken en een gelijkmatige verdeling van de krimpspanning.

Ten tweede is het dankzij de hoge controleprecisie van plasmamateriaal handig om het gietgebied en het overgangsgebied te controleren, is de uniformiteit goed en is de spanningsdistributie gemakkelijker redelijk te controleren.

Ten derde vereist het gebruik van argongasbescherming geen verschillende additieven en zijn er geen problemen zoals waterstofeliminatie en oxidatie.

Daarom is plasmacladding (lasoverlay) meer geschikt voor grote oppervlakken, dik, hoogwaardig gietwerk met harde oppervlakken (zoals hoog mangaan, keramische materialen met hoog chroomgehalte, etc.), geschikt voor de productie van slijtvaste platen, kleppen, rollen, etc.

4. Verwerkbaarheid van bekleding

Over lasercladding en plasmacladding hebben veel vakgenoten veel artikelen gepubliceerd, waarvan de meeste de voordelen van lasers benadrukken, wat ook het doel is dat iedereen nastreeft.

De meeste worden echter geëvalueerd met de metallografische analysemethode vanuit een microscopisch perspectief.

Alles heeft twee kanten, en lasercladding heeft ook nadelen.

Er zijn veel beperkingen in het proces en er zijn hogere bedieningsvaardigheden vereist in de daadwerkelijke productie, wat voor veel klanten problemen oplevert.

Ik denk dat het vooral te wijten aan de korte smelttijd van de bekledingslaag veroorzaakt door snelle verwarming en koeling, wat resulteert in een groot verschil tussen de buitenste en binnenste randen van de plek, ongelijke organisatie vorming, ongelijke spanningsverdeling, onvoldoende uitlaat slak, wat resulteert in ongelijke hardheid, gemakkelijk om poriën en slak insluiting problemen te vormen, is het moeilijk om een perfecte bekleding laag van groot gebied, vooral voor YAG laser te verkrijgen.

Daarom moet bij lasercladding bijzonder zorgvuldig te werk worden gegaan, van materiaalkeuze tot bewerking.

Vergeleken met laser, plasma bekleding ingangen meer warmte en het substraat vervorming groter is dan laser.

Maar het smelten is voldoende, de hardheidsdistributie is uniform, de uitlaatslak is grondig, het bereik van de materiaalselectie is breed, gemakkelijk te bedienen, en het is gemakkelijk om een relatief intacte totale bekledingslaag, lage kosten, goede voordelen te verkrijgen, daarom heeft het duidelijke voordelen op groot gebied, dikke bekleding.