Плазменная наплавка против лазерной наплавки: Понимание плюсов и минусов

I. Характеристики лазерной наплавки

1. Технические характеристики

Наиболее важной особенностью лазерной наплавки является концентрированное тепло, быстрый нагрев, быстрое охлаждение и малая зона термического влияния. Она обладает беспрецедентными характеристиками для плавления различных материалов.

Этот специальный процесс нагрева и охлаждения приводит к образованию структуры в литой зоне, которая отличается от других методов наплавки (таких как сварка распылением, наплавка, обычная сварка и т.д.), и даже может создавать аморфные структуры, особенно в случае импульсных лазеров.

Это так называемая причина лазерной наплавки без отжиг и деформации. Но я считаю, что это только с точки зрения макросъемки всей заготовки. Когда вы проводите микроскопический анализ плакирующего слоя и зона термического влиянияВы увидите другую сцену.

2. Характеристики оборудования

В настоящее время существует два типа машин, используемых в лазерная облицовка в Китае: CO2-лазеры и YAG-лазеры. Первый имеет непрерывный выход с мощностью наплавки обычно выше 3 кВт, в то время как YAG-лазер имеет импульсный выход, обычно около 600 Вт.

Что касается оборудования, то его сложно досконально изучить обычным пользователям, и оно в значительной степени зависит от услуг производителя. Закупочная цена дорогая, стоимость обслуживания и цена запчастей высока.

Кроме того, стабильность и долговечность оборудования в целом отстают от зарубежных аналогов.

Поэтому станки для лазерной наплавки обычно используются в специальных областях, и их трудно сделать экономически эффективными в общепромышленных областях производства и обслуживания.

3. Особенности процесса

(1) Предварительная обработка

Для лазерной наплавки, как правило, необходимо только начисто отполировать заготовку, удалить масло и ржавчину, снять усталостный слой и т.д., что относительно просто.

(2) Подача порошка

CO2-лазеры имеют большую мощность и обычно используют аргон для подачи порошка; YAG-лазеры имеют меньшую мощность и обычно используют метод естественного падения порошка.

Эти два метода в основном формируют расплавленный бассейн в горизонтальном положении во время наплавки. Если наклон немного больше, порошок не может быть доставлен нормально, что ограничивает использование лазеров, особенно YAG-лазеров.

(3) С точки зрения состояния формирования расплавленного бассейна

Благодаря высокой точности управления лазером, постоянной выходной мощности и отсутствию контакта с дугой, размер и глубина расплавленного бассейна остаются неизменными.

(4) Быстрый нагрев и охлаждение

Это влияет на равномерность формирования металлической фазы и также вредит удалению шлака. Это также является важной причиной образования пор и неравномерной твердости в лазерной наплавке, особенно в случае YAG-лазеров, что является более серьезной причиной.

(5) Выбор материала

Из-за разной способности различных материалов поглощать лазеры с разной длиной волны выбор материалов для лазерной наплавки сильно ограничен. Лазеры лучше подходят для некоторых материалов, таких как самоплавящиеся сплавы на основе никеля, а наплавка карбидов и оксидов более сложна.

II. Особенности микролучевой плазменной наплавки

1. Технические характеристики

Плазменный луч, используемый в микролучевой плазменной наплавочной машине, представляет собой ионизационную дугу, которая более концентрирована, чем дуговая сварочная машина, поэтому скорость ее нагрева выше.

Для получения более концентрированного пучка плазмы обычно используется диафрагма с высоким коэффициентом сжатия и малый ток, что позволяет контролировать температуру основания и предотвращать обратную деформацию пламени.

Конечно, это не сравнить со скоростью нагрева YAG-лазера. По мере того как плазменная дуга Работает непрерывно, станок охлаждается относительно медленно, образуя переходную зону, которая глубже, чем при лазерной наплавке. Это приводит к лучшему снятию напряжения для наплавочных материалов.

2. Характеристики оборудования

На базе сварочных аппаратов постоянного тока разработано оборудование для микролучевой плазменной наплавки.

Источник питания, пистолет-распылитель, порошковый питатель и осциллятор имеют низкий технический порог, просты в производстве, надежны, просты в обслуживании и использовании, потребляют меньше электроэнергии, имеют низкую стоимость использования, хорошую универсальность, низкие производственные затраты, хорошую адаптивность, легко масштабируются для производства, что дает значительные преимущества.

Он отличается низкими требованиями к окружающей среде и широкими возможностями адаптации материалов.

С развитием электрических технологий уровень технология сварки в нашей стране имеет достаточную поддержку. Кроме того, оборудование имеет небольшие размеры и вес, а сварочный пистолет можно держать рукой, что делает его более гибким и удобным в использовании. Стоимость вспомогательной оснастки также невысока.

3. Особенности процесса

(1) Предварительная обработка проста

Требуется только удаление ржавчины, обезжиривание и снятие усталостного слоя.

(2) Подача порошка

Для подачи порошка используется газ аргон. Требования к точности подачи невысоки, допускается определенный наклон. Это позволяет использовать ручное управление, что подходит для металлоремонта.

(3) Микролучевая плазма обладает хорошей стабильностью

Стабильность микролучевой плазмы хорошая, а образование расплавленного бассейна легко контролировать. Материал наполнителя и корпус машины полностью сплавляются, а зона перехода является хорошей.

(4) Скорость нагрева и охлаждения ниже лазерной

Расплавленное состояние сохраняется в течение длительного времени, что способствует равномерному формированию металлургических структур. Отработанный шлак лучше. Порошок нагревается в процессе напыления и защищается газом аргоном и ионизированным воздухом.

Поэтому однородность накладного слоя лучше, а дефектов, таких как поры и включения, меньше.

(5) Выбор материала

Метод плазменного нагрева имеет меньше ограничений на выбор материала, предлагая более широкий выбор, а также облегчает наложение карбидов и оксидов.

III. Несколько вопросов, связанных с наложением

1. О сварочном напряжении

Мы должны понять, что независимо от используемой терминологии (сварка, наплавка, термическое напыление, наложение и т.д.), все это - литье на металлическую подложку под нагревом.

Поэтому в процессе нагрева, литья и охлаждения неизбежно возникают напряжения.

За исключением очень специфических материалов, наиболее значительное влияние обычно оказывает усадочное напряжение. Различные методы сварки Варьируются методы нагрева, скорость, наполнители и некоторые другие условия.

Поэтому минимизация влияния этого напряжения на подложку и литой слой является важным аспектом, который мы рассматриваем при поиске качество сварки.

Я считаю, что усадочные напряжения неизбежны. Поэтому ключ к решению проблемы сварочных напряжений - это снятие напряжений. Другими словами, где снимается это усадочное напряжение и как оно распределяется от подложки до зоны литья - это проблема, которую мы должны и можем решить.

2. Почему при лазерной сварке (наплавке) деформация меньше?

Основные причины - небольшая площадь отливки, малая площадь перехода и минимальная усадка.

Поэтому сила усадки, возникающая в процессе усадки материала, недостаточна для деформации всего корпуса машины.

Именно по этой причине лазерная накладка не деформируется (поэтому при слишком малом размере корпуса машины деформация все равно может произойти), и это также является преимуществом лазерная сварка (наложение).

Куда же девается это сварочное напряжение? В основном оно попадает в зону литья и переходную зону. Поэтому возникают две проблемы:

Во-первых, область литья подвержена образованию трещин. Поэтому для лазерной наплавки требуется высокая пластичность материала, например порошка на основе никеля.

Во-вторых, переходная зона имеет большое напряжение. Из-за быстрого нагрева и охлаждения в лазере процесс сваркиРазмер переходной зоны слишком мал, что приводит к концентрации напряжений в этой области, что влияет на эффект сцепления при лазерной сварке (наплавке).

Особенно в тех случаях, когда существует значительная разница в механических свойствах между основным материалом и сварочный материално тенденция становится более серьезной, и может произойти даже расслоение. Это требует особого внимания к материалу и толщине переходного слоя при лазерной наплавке.

3. Почему при плазменной наплавке (наложении сварного шва) не так легко образуются такие дефекты, как трещины и поры?

Есть три основные причины:

Во-первых, плазма как источник тепла для наплавки (наложения шва) более концентрирована, чем дуговая сварка под флюсом, сварка в газовой среде, и т.д.

Стабильность плазменной дуги лучше, нет расхода электродов, тепло на выходе равномерное, и им легко управлять.

Это обеспечивает равномерное распределение тепла в зоне разливки, полное и равномерное сплавление материала, достаточное количество отработанного шлака и равномерное распределение усадочных напряжений.

Во-вторых, благодаря высокой точности управления плазменным оборудованием, удобно контролировать зону литья и переходную зону, равномерность хорошая, а распределение напряжения легче контролировать в разумных пределах.

В-третьих, при использовании аргоновой защиты не требуются различные добавки, а также отсутствуют такие проблемы, как выделение водорода и окисление.

Поэтому плазменная наплавка (наложение сварного шва) больше подходит для литья с большой площадью, толщиной, высококачественной твердой поверхностью (например, высокомарганцевые, высокохромистые керамические материалы и т.д.), пригодной для изготовления износостойких плит, клапанов, валков и т.д.

4. Технологичность облицовки

Что касается лазерной и плазменной наплавки, многие специалисты опубликовали множество статей, большинство из которых подчеркивают преимущества лазеров, что также является целью, которую преследуют все.

Однако большинство из них оценивается методом металлографического анализа с микроскопической точки зрения.

У всего есть две стороны, и у лазерной наплавки тоже есть свои недостатки.

Процесс имеет множество ограничений, а в реальном производстве требуются более высокие навыки работы, что создает трудности для многих клиентов.

Я считаю, что это в основном связано с коротким временем плавления плакирующего слоя, вызванного быстрым нагревом и охлаждением, что приводит к большой разнице между внешним и внутренним краями пятна, неравномерному формированию организации, неравномерному распределению напряжений, недостаточному количеству отработанного шлака, что приводит к неравномерной твердости, легкому образованию пор и проблемам включения шлака, трудно получить идеальный плакирующий слой большой площади, особенно для YAG-лазера.

Поэтому лазерная наплавка должна быть особенно тщательной, начиная с выбора материала и заканчивая эксплуатацией.

По сравнению с лазером, плазменная наплавка выделяет больше тепла, а деформация подложки больше, чем при лазерной.

Но его плавление достаточно, распределение твердости равномерно, отработанный шлак тщательно, диапазон выбора материала широк, прост в эксплуатации, и легко получить относительно неповрежденный общий плакирующий слой, низкая стоимость, хорошие преимущества, поэтому он имеет очевидные преимущества в большой площади, толстой плакировке.