Você já pensou em como as indústrias conseguem obter aprimoramentos de superfície tão precisos em metais? O revestimento a laser pode ser a chave. Essa técnica avançada funde materiais de revestimento em substratos usando feixes de laser, criando superfícies resistentes ao desgaste, à corrosão e ao calor. Neste artigo, descubra como o revestimento a laser revoluciona os processos de fabricação e reparo em vários setores, oferecendo durabilidade e eficiência de custo. Mergulhe de cabeça para entender os meandros dessa tecnologia e seu impacto transformador na engenharia moderna.
O revestimento a laser é um processo que utiliza diferentes métodos de preenchimento para depositar materiais de revestimento selecionados na superfície de um substrato.
O material é derretido na superfície do substrato com uma camada fina após ser irradiado por um laser e, em seguida, solidificado rapidamente para formar um revestimento de superfície com diluição mínima e ligação metalúrgica com o material do substrato.
Isso melhora significativamente a resistência da superfície ao desgaste, à corrosão, ao calor e à oxidação, além de aprimorar suas propriedades elétricas no material de base.
O revestimento a laser é uma tecnologia econômica que pode criar superfícies de liga de alto desempenho em substratos metálicos baratos sem alterar as propriedades do substrato. Isso reduz os custos e conserva materiais metálicos preciosos e raros.
Os lasers utilizados no revestimento a laser são principalmente os de CO2 lasers e lasers de estado sólido, como lasers de disco, lasers de fibra e lasers de diodo.
O revestimento a laser pode ser dividido em duas categorias com base nos diferentes processos de alimentação de pó: método de predefinição de pó e alimentação síncrona de pó.
Os dois métodos são semelhantes, mas a alimentação síncrona de pó tem vantagens como fácil automação e controle, alta absorção de energia do laser e nenhuma porosidade interna. Isso é particularmente vantajoso para o revestimento de cerâmicas metálicas, pois melhora significativamente as propriedades antirrachaduras da camada de revestimento e permite uma distribuição uniforme da fase de cerâmica dura em toda a camada de revestimento.
1. O revestimento a laser tem as seguintes características
O revestimento a laser é altamente adequado para o reparo de peças comumente desgastadas em campos de petróleo devido à sua resistência ao desgaste.
2. Diferenças e semelhanças entre o laser cladding e o laser alloying
Tanto o laser cladding quanto o laser alloying usam feixes de laser de alta densidade de energia para formar uma camada de liga cladding na superfície de um substrato, que é fundida com o substrato e tem composição e propriedades exclusivas.
Os dois processos são semelhantes, mas fundamentalmente diferentes, com as seguintes diferenças principais:
(1) No revestimento a laser, o material de revestimento é completamente derretido com uma camada de fusão de matriz extremamente fina, causando um impacto mínimo na composição do revestimento. Na liga a laser, os elementos de liga são adicionados à superfície do material de base na camada composta fundida, formando uma nova camada de liga com base no material de base.
(2) O revestimento a laser não depende do metal fundido da camada de superfície do substrato como solvente, mas, em vez disso, derrete um pó de liga pré-configurado para criar a liga objeto da camada de revestimento. Ao mesmo tempo, a liga da matriz também tem uma fina camada de fusão, o que leva à formação de uma ligação metalúrgica.
O revestimento a laser é uma base fundamental para o reparo e a remanufatura de peças defeituosas em condições extremas e para a fabricação direta de peças metálicas. Ele tem recebido atenção significativa da comunidade científica e de empresas do mundo todo por sua capacidade de preparar novos materiais.
A avaliação da qualidade do revestimento a laser envolve dois aspectos principais: macroscópico e microscópico.
O aspecto macroscópico examina o formato do canal de fusão, a irregularidade da superfície, as rachaduras, a porosidade e a taxa de diluição. Microscopicamente, ele examina a formação de uma boa organização e o fornecimento das propriedades necessárias.
Além disso, o tipo e a distribuição dos elementos químicos na camada de revestimento da superfície devem ser determinados, deve-se prestar atenção à análise da camada de transição para a ligação metalúrgica e, se necessário, devem ser realizados testes de qualidade de vida.
Os esforços de pesquisa se concentram no desenvolvimento de equipamentos de revestimento, na dinâmica da poça de fusão, no projeto da composição da liga, nos métodos de formação, propagação e controle de trincas e nas forças de ligação entre a camada de revestimento e o substrato.
Os principais desafios para a aplicação futura da tecnologia de deposição a laser são:
O processamento de revestimento a laser tem uma ampla gama de aplicações e campos, abrangendo quase todo o setor de fabricação de máquinas.
Atualmente, o revestimento a laser tem sido aplicado com sucesso em aço inoxidável, aço de matriz e ferro fundido maleável, ferro fundido cinzentoO laser cladding é usado em ligas de cobre, ligas de titânio, ligas de alumínio e ligas especiais, como ligas à base de cobalto, à base de níquel, à base de ferro e outros pós de liga de autofusão e fases de cerâmica na superfície do revestimento a laser.
Os pós de ligas à base de ferro são adequados para peças que exigem resistência ao desgaste local e são propensas à deformação.
Os pós de liga à base de níquel são ideais para componentes que precisam de resistência à abrasão local, resistência ao calor e resistência à fadiga térmica.
Os pós de liga à base de cobalto são adequados para peças que exigem resistência à abrasão local, resistência à corrosão e resistência à fadiga térmica.
Os revestimentos cerâmicos têm alta resistência a altas temperaturas, boa estabilidade térmica e alta estabilidade química, o que os torna adequados para peças que exigem resistência ao desgaste, resistência à corrosão, resistência a altas temperaturas e resistência à oxidação.
Algumas aplicações típicas de revestimento a laser são:
Fabricação e remanufatura de equipamentos e componentes de mineração
Os equipamentos de mineração de carvão sofrem muito desgaste devido ao seu ambiente de trabalho severo, o que leva a quebras frequentes de peças. O revestimento a laser é usado para fabricar e remanufaturar essas peças, inclusive:
Dentes de corte do roadheader
Coluna de suporte hidráulico após o revestimento
Picaretas após revestimento a laser
Fabricação e remanufatura de equipamentos elétricos e seus componentes
Os equipamentos de energia elétrica têm um alto volume de distribuição e devem operar continuamente, o que os torna vulneráveis a danos em seus componentes.
A turbina a vapor é o coração da geração de energia térmica, mas suas condições de trabalho exigentes, incluindo altas temperaturas e calor, levam ao desgaste regular dos principais componentes, como o eixo principal e as palhetas dinâmicas, que devem ser reparados anualmente.
A turbina a gás também é propensa a danos devido à sua exposição a altas temperaturas de até 1.300 ℃.
A tecnologia de remanufatura a laser oferece uma solução eficaz para restaurar o desempenho de equipamentos danificados e é significativamente mais econômica, com um preço que é apenas um décimo do preço de uma unidade nova.
Revestimento a laser do eixo do rotor do motor
Reparo do rotor da turbina a vapor
Reparo do desgaste da lâmina do exaustor de pó
Fabricação e remanufatura de equipamentos petroquímicos e seus componentes
O setor petroquímico opera em um modelo de produção em massa, o que exige o uso de máquinas que trabalham continuamente em ambientes adversos. Com o tempo, a exposição a essas condições resulta em danos, desgaste e corrosão dos componentes do equipamento.
Válvulas, bombas, impulsores, diâmetros do rotor, discos, buchas e placas do eixo estão entre as peças mais suscetíveis a falhas. Esses componentes não são apenas caros, mas também de formato complexo, o que dificulta os reparos.
No entanto, o advento da tecnologia de fusão a laser eliminou esses desafios, possibilitando o reparo e a fabricação eficazes dessas peças.
Revestimento a laser de revestimentos de cerâmica dura em tubos de perfuração de petróleo, perfuração ferramentas, etc.
Fabricação e remanufatura de equipamentos e componentes ferroviários
O rápido crescimento do transporte ferroviário e seu correspondente desenvolvimento socioeconômico resultaram em uma alta demanda por novos veículos ferroviários, além de um aumento no número e nos requisitos de desempenho dos principais componentes.
Uma solução para essa demanda é a aplicação da tecnologia de remanufatura, que oferece o potencial de reutilizar peças de desgaste dos veículos.
A principal tecnologia por trás da remanufatura é o reforço da superfície a laser. Esse processo envolve a aplicação da tecnologia de revestimento de superfície a laser para reparar e reforçar a superfície de peças remanufaturadas.
Remanufatura de componentes-chave em outros setores de maquinário
A remanufatura de componentes-chave não se limita ao setor ferroviário e também é aplicada em vários outros setores de maquinário, incluindo metalurgia, petroquímica, mineração, química, aviação, automotivo, transporte, máquinas-ferramenta e outros.
Para reparar e melhorar o desempenho de equipamentos de precisão, equipamentos de grande porte e peças valiosas que são suscetíveis a desgaste, erosão e corrosão, é utilizado o processo de revestimento a laser.
Revestimento a laser de barras de rosca sem fim para máquinas de perfuração e fresagem de pórtico
Rolos de fundição contínua de aço altamente resistentes ao desgaste com revestimento a laser
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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