激光熔覆特性

目前有许多不同的技术进行包覆，每种技术在所用材料、包覆层质量和各种实际问题（包括生产速度、工艺兼容性和成本）方面都有自己的特定特性。本文简要概述了高功率二极管激光熔覆，与大多数传统技术相比，它可以提供更高的工艺产量、卓越的整体熔覆质量、极低的稀释水平、减少的热输入、最小的零件变形和更好的熔覆沉积控制。传统镀层方法；最传统的包层技术大致可分为电弧焊或热喷涂方法。这些方法中的每一种都有其自身的优点和局限性，因此，存在最适合某些类型的应用程序。该相干公司高效 HighLight D 系列演示采用 HighLight 8000D，这是一种高功率直接二极管激光系统，在 975 nm 处具有 8 kW 的功率。HighLight 8000D 展示了在扁平和圆形低碳钢材料上执行司太立 6（一种来自 Hoganas 的高质量激光熔覆粉末）的大面积激光熔覆。有许多不同的电弧焊技术，例如钨极气体保护焊 (GTAW)、等离子转移弧 (PTA)、气体保护金属电弧焊 (GMAW)、埋弧焊 (SAW) 等。在所有这些过程中，通常在存在保护气体的情况下，建立电弧以熔化基材的表面。然后以金属丝或粉末形式引入包层材料，并且也被电弧熔化，从而形成包层。种基本方法的各种实施例在细节上有所不同，例如使用填充金属作为电极、使用焊剂或使用热（预热）或冷填充焊丝的能力。笼统地说，所有电弧焊技术都能提供具有高强度、良好冲击性能和低孔隙率的全焊接冶金结合。弧焊方法还提供高熔敷率（这意味着高产量）和相对较低的设备资本成本。

弧焊包层的主要缺点是部件的高热量输入，以及包层材料的相对高度稀释（即，母材不希望地迁移到包层中），这取决于具体情况。输入到零件中的热量会导致机械变形，通常需要在熔覆后进行进一步的后处理。此外，在实践中并不总是能够实现弧焊工艺理论上能够达到的高熔敷率。这是因为当电弧能量增加超过通常处于沉积速率范围低端的最佳水平时，稀释、热输入、变形、硬度和其他冶金性能有时会受到负面影响。在热喷涂中，包层材料（最常见的是粉末形式）通过火焰或电熔化，然后喷涂到工件上。在大多数情况下，这是一种低热量工艺，其中基材通常保持 < 200 摄氏度。这种方法的四种最常见实施方式是火焰喷涂、电弧喷涂（其中线材用作消耗品）、等离子喷涂和高温喷涂。 -速度氧燃料 (HVOF)。所有热喷涂技术的主要优点是进入零件的热量低，这意味着没有热影响区和最小的稀释。它还使该工艺能够用于多种基材材料，包括金属、碳化物、陶瓷甚至塑料。尽管这些涂层往往比弧焊涂层更薄，但热喷涂在可实现的涂层厚度范围和支持的沉积速率方面也支持非常广泛的工艺窗口。

高功率直接二极管激光器是一个紧凑的组件，由大量低功率（每个约 100 W）半导体激光发射器组成，其输出组合成单个光束。通常，该光束采用细长矩形的形式，通常宽约3毫米，长为 6 毫米至 36 毫米。目前可以使用输出功率高达 10 kW 的高功率二极管激光器系统。由于采用全固态结构，二极管激光器系统通常比其他激光器类型提供更高的电效率（约 45%）、更小的尺寸和更高的可靠性。高功率二极管激光器输出的线束非常适合大多数金属加工应用，因为它可以扫过零件以实现大面积的快速加工。例如，在粉末基覆层的情况下，线束的长轴垂直于束行进方向，如图所示。例如，光束长度为 24 毫米时，通常可以实现 20 毫米的单程“有效”包层宽度。高功率二极管激光熔覆的优势在某些方面，高功率二极管激光熔覆结合了弧焊和热喷涂方法的最佳特性。与弧焊方法相比，二极管激光系统具有更低的热相关变形、更少的稀释、极低的孔隙率和更好的表面均匀性。总之，这些特性大大减少了后处理的需要及其相关的时间和成本。二极管激光工艺的高淬火速率还在包层中产生更细的晶粒结构，从而获得更好的耐腐蚀性。此外，随着激光功率和沉积速率的增加，这些好处通常不会受到显着的负面影响。相比之下，对于大多数弧焊工艺，熔覆质量会随着功率和熔敷率的增加而受到影响。最后，线束形状可以在高度控制包层宽度、厚度和沉积速率的情况下快速处理大面积。