I. Características do revestimento a laser 1. Características técnicas A caraterística mais importante do revestimento a laser é o calor concentrado, o aquecimento rápido, o arrefecimento rápido e a pequena zona afetada pelo calor. Possui características inigualáveis para a fusão entre diferentes materiais. Este processo especial de aquecimento e arrefecimento resulta numa estrutura na área fundida que é diferente [...]
A caraterística mais importante do revestimento a laser é o calor concentrado, o aquecimento rápido, o arrefecimento rápido e a pequena zona afetada pelo calor. Possui características inigualáveis para a fusão entre diferentes materiais.
Este processo especial de aquecimento e arrefecimento resulta numa estrutura na área fundida que é diferente de outros métodos de revestimento (tais como a soldadura por pulverização, a surfaçagem, a soldadura normal, etc.), podendo mesmo produzir estruturas amorfas, especialmente no caso de lasers pulsados.
Esta é a chamada razão para o revestimento a laser sem recozimento e deformação. Mas creio que isto é apenas do ponto de vista macro de toda a peça de trabalho. Quando se efectua uma análise microscópica da camada de revestimento e zona afetada pelo calor, verá outra cena.
Atualmente, existem dois tipos de máquinas utilizadas em revestimento a laser na China: Lasers de CO2 e lasers YAG. O primeiro tem uma saída contínua com uma potência de revestimento geralmente superior a 3KW, enquanto o laser YAG tem uma saída pulsada, geralmente de cerca de 600W.
No que se refere ao equipamento, é difícil para os utilizadores em geral compreenderem completamente e depende fortemente do serviço do produtor. O preço de compra é caro, os custos de manutenção e o preço das peças são elevados.
Além disso, a estabilidade e a durabilidade do equipamento são geralmente inferiores às dos seus homólogos estrangeiros.
Por conseguinte, as máquinas de revestimento a laser são geralmente utilizadas em domínios especiais, sendo difícil obter uma boa relação custo-eficácia nos domínios gerais do fabrico industrial e da manutenção.
(1) Tratamento preliminar
Para o revestimento a laser, geralmente só é necessário polir a peça de trabalho, remover o óleo e a ferrugem, remover a camada de fadiga, etc., o que é relativamente simples.
(2) Alimentação de pó
Os lasers de CO2 têm maior potência e utilizam normalmente árgon para a alimentação do pó; os lasers de YAG têm menor potência e utilizam normalmente um método de queda natural do pó.
Estes dois métodos formam, basicamente, uma poça de fusão numa posição horizontal durante a cladagem. Se a inclinação for ligeiramente maior, o pó não pode ser distribuído normalmente, o que limita a utilização de lasers, especialmente os lasers YAG.
(3) Do ponto de vista do estado de formação da poça de fusão
Devido à elevada precisão de controlo do laser, à potência de saída constante e à ausência de contacto com o arco, o tamanho e a profundidade da poça de fusão são consistentes.
(4) Aquecimento e arrefecimento rápidos
Isto afecta a uniformidade da formação da fase metálica e é também prejudicial para a remoção das escórias de escape. Esta é também uma razão importante para a formação de poros e dureza desigual no revestimento laser, especialmente no caso dos lasers YAG, que é mais grave.
Devido às diferentes capacidades de absorção de diferentes materiais para lasers de diferentes comprimentos de onda, a escolha de materiais para o revestimento a laser é muito limitada. Os lasers são mais adequados para alguns materiais, como as ligas de auto-fusão à base de níquel, e o revestimento com carbonetos e óxidos é mais difícil.
O feixe de plasma utilizado na máquina de revestimento por plasma de micro-feixe é um arco de ionização, que é mais concentrado do que a máquina de soldadura por arco, pelo que a sua velocidade de aquecimento é mais rápida.
Para obter um feixe de plasma mais concentrado, são geralmente utilizadas aberturas de elevada taxa de compressão e baixa corrente para evitar que a temperatura de base se torne demasiado elevada e prevenir a deformação da culatra.
Naturalmente, isto não pode ser comparado com a velocidade de aquecimento de um laser YAG. Como o arco de plasma trabalha continuamente, a máquina arrefece de forma relativamente lenta, formando uma zona de transição que é mais profunda do que o revestimento a laser. Isto resulta numa melhor libertação de tensão para os materiais de revestimento duro.
O equipamento de revestimento por plasma de micro-feixe é desenvolvido com base em máquinas de soldadura DC.
A fonte de energia, a pistola de pulverização, o alimentador de pó e o oscilador têm um baixo limiar técnico, são fáceis de fabricar, fiáveis, simples de manter e utilizar, consomem menos eletricidade, têm baixos custos de utilização, boa versatilidade, baixos custos de produção, boa adaptabilidade e são fáceis de aumentar a produção, oferecendo vantagens significativas.
Tem baixos requisitos ambientais e uma ampla adaptabilidade de materiais.
Com o avanço da tecnologia eléctrica, o nível de tecnologia de soldadura no nosso país tem apoio suficiente. Além disso, o equipamento é pequeno em tamanho e peso, e a pistola de soldadura pode ser segurada à mão, tornando-a mais flexível e conveniente de usar. O custo das ferramentas auxiliares também é baixo.
(1) O tratamento preliminar é simples
Apenas é necessária a remoção da ferrugem, o desengorduramento e a remoção da camada de fadiga.
(2) Alimentação de pó
O gás árgon é utilizado para a alimentação do pó. Os requisitos de precisão de alimentação são baixos e é permitido um certo grau de inclinação. Isto permite a operação manual, que é adequada para a reparação de metais.
(3) O plasma de microfeixe tem boa estabilidade
A estabilidade do plasma de micro-feixe é boa, e a formação da poça de fusão é fácil de controlar. O material de enchimento e o corpo da máquina estão totalmente fundidos, e a área de transição é boa.
(4) As velocidades de aquecimento e de arrefecimento são inferiores às do laser
O estado fundido é mantido durante muito tempo, o que favorece a formação uniforme de estruturas metalúrgicas. A escória de escape é melhor. O pó é aquecido durante o processo de pulverização e é protegido por gás árgon e ar ionizado.
Por conseguinte, a uniformidade da camada de revestimento é melhor e existem menos defeitos, como poros e inclusões.
(5) Seleção de materiais
O método de aquecimento por plasma tem menos restrições na escolha do material, oferecendo uma seleção mais vasta, e é mais fácil sobrepor carbonetos e óxidos.
Temos de estabelecer um conceito de que, independentemente da terminologia utilizada (soldadura, revestimento, pulverização térmica, sobreposição, etc.), tudo se resume à fundição num substrato metálico sob aquecimento.
Por conseguinte, ocorrem inevitavelmente tensões no processo desde o aquecimento até à fundição e, em seguida, ao arrefecimento.
Exceto em materiais muito específicos, a influência mais significativa é normalmente a tensão de retração. Diferentes métodos de soldadura variam em termos de métodos de aquecimento, velocidade, materiais de enchimento e algumas outras condições.
Por conseguinte, a minimização do impacto desta tensão no substrato e na camada fundida é um aspeto importante que consideramos quando procuramos qualidade da soldadura.
Penso que a tensão de contração é inevitável. Por conseguinte, a chave para resolver o problema da tensão de soldadura é o alívio da tensão. Por outras palavras, onde esta tensão de retração é aliviada e como a tensão é distribuída do substrato para a área de fundição é um problema que precisamos e podemos resolver.
As principais razões são a pequena área de fundição, a pequena área de transição e o encolhimento mínimo.
Por conseguinte, a força de contração gerada durante o processo de contração do material não é suficiente para deformar todo o corpo da máquina.
Esta é a razão pela qual a sobreposição de laser não se deforma (por isso, quando o tamanho do corpo da máquina é demasiado pequeno, a deformação ainda pode ocorrer), e é também uma vantagem de soldadura a laser (sobreposição).
Então, para onde vai esta tensão de soldadura? É libertada principalmente na zona de fundição e na zona de transição. Por conseguinte, surgem dois problemas:
Em primeiro lugar, a área de fundição é propensa a fissuras. Por conseguinte, a sobreposição a laser requer uma elevada ductilidade do material, como o pó à base de níquel.
Em segundo lugar, a zona de transição apresenta uma grande tensão. Devido ao rápido aquecimento e arrefecimento do laser processo de soldaduraSe o tamanho da zona de transição for demasiado pequeno, provoca uma concentração de tensões nesta área, o que afecta o efeito de ligação da soldadura a laser (sobreposição).
Especialmente quando existe uma diferença significativa nas propriedades mecânicas entre o material de base e o material de soldaduraSe a camada de transição não for aplicada, a tendência é mais grave, podendo mesmo ocorrer delaminação. Este facto exige uma atenção especial ao design do material e da espessura da camada de transição durante a sobreposição a laser.
Há três razões principais:
Uma delas é que o plasma como fonte de calor para o revestimento (revestimento de soldadura) é mais concentrado do que a soldadura por arco submerso, soldadura com proteção gasosa, etc.
A estabilidade do arco de plasma é melhor, não há consumo de eléctrodos, o calor de saída é uniforme e é fácil de controlar.
Isto resulta numa distribuição uniforme do calor na área de fundição, fusão completa e uniforme do material, escória de escape suficiente e distribuição uniforme da tensão de contração.
Em segundo lugar, devido à elevada precisão de controlo do equipamento de plasma, é conveniente controlar a área de fundição e a área de transição, a uniformidade é boa e a distribuição da tensão é mais fácil de controlar razoavelmente.
Em terceiro lugar, a utilização da proteção com gás árgon não requer vários aditivos e não existem problemas como a eliminação do hidrogénio e a oxidação.
Por conseguinte, o revestimento por plasma (sobreposição de soldadura) é mais adequado para fundição de superfícies duras de grande área, espessas e de alta qualidade (tais como materiais cerâmicos com elevado teor de manganês e crómio, etc.), adequadas para o fabrico de placas resistentes ao desgaste, válvulas, rolos, etc.
No que diz respeito ao revestimento a laser e ao revestimento a plasma, muitos colegas publicaram muitos artigos, a maioria dos quais salienta as vantagens dos lasers, que é também o objetivo perseguido por todos.
No entanto, a maioria é avaliada pelo método de análise metalográfica a partir de uma perspetiva microscópica.
Tudo tem dois lados, e o revestimento a laser também tem as suas desvantagens.
Existem muitas limitações no processo e são necessárias competências operacionais mais elevadas na produção efectiva, o que causa dificuldades a muitos clientes.
Creio que se deve principalmente ao curto tempo de fusão da camada de revestimento causado pelo rápido aquecimento e arrefecimento, resultando numa grande diferença entre os bordos exterior e interior do ponto, formação de organização desigual, distribuição desigual de tensões, escória de escape insuficiente, resultando numa dureza desigual, fácil de formar poros e problemas de inclusão de escória, é difícil obter uma camada de revestimento perfeita de grande área, especialmente para o laser YAG.
Por conseguinte, o revestimento a laser deve ser particularmente cuidadoso, desde a seleção do material até à operação.
Em comparação com o laser, o revestimento de plasma produz mais calor e a deformação do substrato é maior do que a do laser.
Mas a sua fusão é suficiente, a distribuição da dureza é uniforme, a escória de exaustão é completa, a gama de seleção de materiais é ampla, fácil de operar, e é fácil obter uma camada de revestimento global relativamente intacta, baixo custo, bons benefícios, portanto, tem vantagens óbvias em grandes áreas, revestimento espesso.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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