Лазерная наплавка поверхности металла

Наплавка – это эффективный способ восстановления изношенных или улучшения прочностных характеристик новых деталей механизмов и машин.

Процесс заключается в нанесении расплавленного материала на обрабатываемое изделие, поверхность которого разогрета до температуры плавления, или надежном смачивании покрываемым жидким металлом.

Созданный таким способом поверхностный слой образует единое целое с основным сплавом.

В случае ремонтных работ на старую деталь может быть наплавлен примерно такой же металл, из которого она изготовлена. При этом будут восстановлены целостность и форма изделия. Но целесообразней наносить другой сплав, который, как и для новой детали, позволит получить изделие с поверхностью, отличающейся от материала основы своими свойствами.

Лазерная наплавка поверхности металла

В зависимости от условий эксплуатации оборудования, это могут быть высокая эрозионная, кавитационная, коррозионная, износо-, жаростойкость и другие.

В случае обработки новых деталей наплавка позволяет значительно сэкономить на материале, так как отпадает необходимость изготовления изделия целиком из дорогого сплава.

Также во всех случаях использования этой технологии значительно продлевается срок службы обработанных узлов и деталей.

Лазерная наплавка поверхности металла – уникальный и наиболее эффективный метод наплавления износостойких покрытий. Проводят ее с помощью лазерных систем нового поколения, работа которых основана на использовании мощных диодов и специальных сопел.

Лазерная наплавка поверхности металла

Сфокусированный лазерный луч создает на поверхности детали сварочную ванну, в которую локально подается металлический порошок. Материал основы подвергается кратковременному расплавлению. Высокий уровень автоматизации управления рабочим процессом обеспечивает регулирование как размеров зон плавления, так и термических циклов.

Точность лазерного излучения гарантирует образование полностью плотного наплавочного слоя с разжижением (смешением с металлом основы) менее 5 %, а также обеспечивает отличное металлургическое сцепление. Возможно нанесение нескольких защитных слоев, что повышает стойкость к механизмам разрушения.

Существует три основных метода создания покрытий с помощью лазера:

  1. Оплавлением порошков в виде пасты, которую предварительно наносят на поверхность детали. Содержимое смеси подбирают таким, чтобы оно практически не влияло на состав создаваемого покрытия. Пасту оплавляют лазером, последовательно проходя лучом всю поверхность. Для получения многослойного покрытия порошковый состав наносят заново после очередного цикла обработки детали. Преимущества этого способа состоят в простоте технологии и конструкции требуемого оборудования. К главным недостаткам относят высокую трудоемкость и неравномерность покрытия, обусловленную поверхностным натяжением расплавленного жидкого металла.Лазерная наплавка поверхности металла
  2. Покрытие создают посредством подачи газопорошкового состава сбоку от сопла лазера (до недавнего времени являлся наиболее распространенным способом). Эта технология лазерной наплавки качественно улучшает процесс получения плакирующего слоя. Когда впрыск порошка происходит в жидкую ванну, то это позволяет создавать не только равномерные по химическому составу и толщине покрытия, но также композитные материалы, у которых сохраняется упрочняющая фаза. Газопорошковую струю подают сбоку относительно направления луча или навстречу. Формируемые при этом валики покрытия будут отличаться геометрией поверхности. Недостаток способа – несимметричная относительно направления луча лазера подача порошка даже при создании плакирующего слоя сканированием излучения в плоскости.
  3. Коаксиальная наплавка – газопорошковая смесь подается в область воздействия лазерного луча через сопло со всех сторон симметрично (поток конусообразно сходится в одну точку-фокус). Формирование такой равномерной симметричной подачи – главная сложность этой технологии. Коаксиальная наплавка – самый универсальный метод получения не только однородных, но и композитных покрытий как на плоских, так и на трехмерных поверхностях. Данный процесс обеспечивает симметричную подачу относительно направления наплавления, равномерное формирование валиков, а также высокие производительность, эффективность и коэффициент использования расходного присадочного материала. Главный недостаток – сложность осуществления коаксиальной подачи.Лазерная наплавка поверхности металла

Качество напыления лазером зависит от очень многих параметров, но главным является расход порошка. Задав необходимый диаметр луча, мощность лазера и скорость наплавки, массовым расходом твердосплавного состава можно регулировать толщину наносимого покрытия, разжижение и твердость.

Лазерная сварка и наплавка основаны на использовании одной технологии – источником требуемого нагрева служит излучение с высокой концентрацией энергии.

Поэтому в некоторых случаях восстановление изношенных или поврежденных деталей производят наплавлением с помощью лазерной сварки.

Присадочный материал в форме проволоки или прутка, как правило из того же материала, что и изделие, расплавляется и заполняет скол или распределяется по поверхности. Этим способом пользуются чаще всего небольшие ремонтные предприятия.

Чтобы воспользоваться всеми преимуществами и возможностями наплавки лазером необходимо специализированное оборудование, которое позволяет в производстве наносить композитные покрытия с повышенными характеристиками:

  • коррозионной стойкости;
  • механическими;
  • жаростойкости;
  • износостойкости;
  • антифрикционными;
  • радиационной стойкости;
  • и тому подобное.

Лазерная наплавка поверхности металла

Такие покрытия позволяют в современном машиностроении экономить металл, используемый при изготовлении деталей, и снизить массу разрабатываемых конструкций.

Для получения композиционного плакирования наплавкой используют чистые или композитные порошки, которые представляют собой смесь необходимого состава в каждой отдельной его частице.

В соответствии с переносимыми нагрузками, композиционные составы могут обладать различной архитектурой:

  • для повышения износостойкости – мягкие антифрикционные компоненты в твердой матрице;
  • для упрочнения поверхности – твердые компоненты в мягкой матрице;
  • контактная прочность совместно с износостойкостью – высокопрочный каркас, который заполнен пластичным материалом;
  • для снижения массы при сохранении прочности – равномерная смесь прочных легких компонентов с тяжелыми каркасообразующими.

У деталей, изготовленных из таких материалов, ресурс работы гораздо выше, чем у узлов из мономатериалов. Технология наплавки лазером очень перспективна в сфере прототипирования трехмерных деталей. В настоящее время разработаны и совершенствуются 2 основных направления создания объемных изделий из металлических порошков:

  • Laser Metal Deposition (LMD) – прямое выращивание с помощью коаксиальной наплавки лазером.
  • Selective Laser Melting (SLM) – выборочное спекание порошков лазером (послойная наплавка).

Лазерная наплавка поверхности металла

В данный момент одним из самых актуальных применений лазерной коаксиальной наплавки является восстановление поврежденной или изношенной геометрии деталей из металла машиностроительного производства.

Во время ремонта крупногабаритных узлов сложной геометрии, пресс-форм, валов, инструмента, литейных форм и других деталей данный метод наплавки обеспечивает экономию значительных средств за счет меньшего расхода материала, затрат времени на обработку и использование оборудования, задействованного в работах, чем при иных способах.

По прочности и плотности нанесенный при ремонте восстановительный слой не уступает материалу, из которого было изготовлено изделие, а в случае специального подбора состава присадочного порошка значительно его превосходит, что положительно сказывается на сроке эксплуатации обработанной детали. В каждом отдельном случае применения лазера восстановительный процесс условно заключается в технологии нанесения объема материала или слоя покрытия. Примеры повреждений, устраняемых наплавкой лазером:

Лазерная наплавка поверхности металла

  • изношенные кромки, смятия, сколы литейных форм;
  • износ посадочных мест зубчатых колес, подшипников на валах, зубьев шлицевых креплений и тому подобное;
  • износ поверхностей ступенчатого вала (включая шпоночных пазов);
  • износ выпускных и впускных клапанов, золотников гидрораспределителей;
  • скол, надлом стенки пресс-формы для литья резины или пластика;
  • дефекты лопаток газотурбинных двигателей – износ торца и основания пера, смятия и сколы на ребре пера;
  • износ роторов турбокомпрессоров;
  • повреждения деталей из высокопрочных сплавов, которые работают при ударно-абразивных и ударных нагрузках (буровой инструмент, вырубные штампы и другое);
  • износ и дефекты крупногабаритных изделий массой до нескольких центнеров;
  • и другие.

При традиционных способах наплавки основной металл подвергается значительному подплавлению и термическому воздействию, что является весомым недостатком, потому что технология должна обеспечивать минимальное тепловое влияние на деталь и перемешивание присадочного материала со сплавом изделия.

Эти изъяны практически полностью отсутствуют у обработки лазером – нагрев локализован и соответствует форме, размеру подаваемого излучения, а глубина термического воздействия ограничена незначительным приповерхностным слоем, благодаря чему вероятность коробления (искажения формы) детали минимизирована.

Основные преимущества метода:

  • контролируемое малое проплавление;
  • возможность создания тонких наплавочных слоев (до 0,3 мм);
  • высокопрочное сцепление с основой;
  • минимизация области термического влияния – деформация обрабатываемых деталей почти отсутствует;
  • возможность работы с труднодоступными поверхностями и локальной обработки;
  • быстрый нагрев и охлаждение наплавляемого материала;
  • возможность обработки изделий с большими габаритами;
  • минимальное смешивание наплавляемого и основного материала.

Лазерная наплавка поверхности металла

Основные недостатки:

  • низкий КПД;
  • малая производительность;
  • необходимость в дорогостоящем, сложном оборудовании.
Читайте также:  Металлический каркас для дома своими руками

Защита металла лазерной наплавкой

Рабочие поверхности деталей, используемых для комплектации разных видов оборудования, со временем изнашиваются. Это приводит к сокращению сроков эксплуатации агрегатов.

Лазерная наплавка признана наиболее эффективной методикой восстановления работоспособности пострадавших от износа деталей.

Разновидность сварочной технологии применяют также для защиты новых механизмов путем упрочнения поверхности изделия.

Лазерная наплавка поверхности металла

Современный вариант

На различных предприятиях используются производственные установки, укомплектованные металлическими деталями, которые в условиях значительных нагрузок изнашиваются, страдают от коррозии.

Для увеличения сроков износостойкости и прочности механизмов их поверхность полностью или частично покрывают слоем расплавленного металла.

Полученный таким способом наплыв прочно соединяется с материалом поверхности, образуя единый конгломерат.

Для восстановления работоспособности старой детали наплавляют аналогичный вид металла, что позволяет вернуть изделию форму и целостность. Если необходимо улучшить качество верхнего слоя, его покрывают другим материалом, наделяющим механизм новыми свойствами.

Принцип технологии

Лазерная наплавка (технология лазерного осаждения металлов) относится к наиболее эффективным методам восстановления покрытий, обладающих повышенной износостойкостью. В процессе участвуют лазерные системы современного типа, оснащенные мощными диодами и специализированными соплами. Что происходит:

  • На поверхности выбранного участка применением лазера создается подобие плавильной ванны. Емкость наполняется металлическим порошком, поступающим через отверстие сопла.
  • Во время обработки лазером происходит кратковременное расплавление материала основы. Все этапы осуществляются при автоматическом регулировании параметров зоны плавления.

Принцип лазерной наплавки тот же, что и при электродуговой и порошковой плазменной присадке, соединяющейся с металлом. Недостаток традиционных видов наплавки в подплавлении основы при значительном термическом воздействии на нее. Обработка порошкового материала локально направленным лучом мощного лазера исключает разогрев оплавляющейся поверхности при высокой скорости наплава.

Лазерная наплавка поверхности металла

Преимущества

  • Возможность задействовать разные порошки для создания многослойных структур собственных сплавов;
  • простоту замены расходных материалов, которая выполняется без остановки рабочего процесса;
  • способность к созданию трехмерных структур на неровных поверхностях с измененной геометрией;
  • контроль степени проплавления при высокопрочном сцеплении порошковой смеси с верхним слоем основы;
  • минимизацию влияния термической обработки на зону локального воздействия с исключением вероятности деформации;
  • высокую скорость создания грубых и очень тонких структур, что недоступно другим видам плавки;
  • возможность доступа к любым участкам крупногабаритных изделий при быстром нагреве и охлаждении рабочей зоны.

Лазерная наплавка поверхности металла не лишена некоторых недостатков, главный из которых – необходимость использования сложного и затратного оборудования. К недостаткам плавки также нужно отнести низкую производительность при невысоком КПД.

Особенности лазерного осаждения металлов

Благодаря точной направленности луча лазера, во время наплавки происходит формирование равномерно плотного конгломерата из порошка и материала основы. Толщина металлического разжижения колеблется в пределах 0,2-1 мм, удается создать несколько таких слоев, располагающихся один над другим.

Для нанесения линий, граней или контуров установка оборудована оптическим устройством с возможностью автоматического перемещения. Равномерность распределения слоев обеспечивается интеллектуальной системой сенсоров. Прогрессивную наплавочную технологию реализуют с использованием двух типов лазерного излучения – импульсного и непрерывного.

Лазерная наплавка поверхности металла

Наплавка импульсным лазером

Плавка по этой методике выполняется одновременным подводом луча лазерной установки и присадочного элемента к намеченному участку прямого осаждения. При расплавлении материал присадки (проволока, порошок) равномерно распространяется по месту повреждения.

После обработки импульсным лазером зону дефекта не придется подвергать длительной механической коррекции. Чтобы исключить окисление металла, ванну с расплавом защищают подачей смеси инертных газов (аргон и гелий).

Лазерное осаждение реализуют одним из двух методов, представленных в таблице ниже.

Тип импульсной наплавки Характеристика
Ручная методика Для работ, выполняемых вручную оператором, присадкой служит проволока, диаметр которой в диапазоне 0,15-0,8 мм. Это может быть материал идентичный основе либо с повышенным свойством твердости. Работа ведется под контролем микроскопа с 10-16 кратным увеличением, диаметр лазерного луча (0,2-2,5 мм) должен в 2 раза превышать диаметр присадки, чтобы уменьшить объемы нагрева и расплава. Методом ручного осаждения металла устраняют небольшие сколы, поры и другие локальные дефекты поверхности. Конфигурация станков с лазерами позволяет обрабатывать мелкие детали, ремонтировать крупногабаритные механизмы
Автоматизированная Роботизированную методику чаще применяют для защиты новых деталей от следов износа. Причина в низкой вероятности трещинообразования по наплавляемому слою. По ходу создания наплавки лазером подача присадки механизирована. В случае выбора металлического порошка, его доставку к месту расплава обеспечивает сопло. Автоматическую наплавку используют при необходимости наплавлять значительные объемы металла

Преимущество импульсного лазера в минимальных размерах области воздействия при высокой скорости процесса. Эти факторы снижают нагрев детали, препятствуют растеканию металла вокруг зоны наведения лазера, что важно для выполнения разных объемов наплавочных работ.

Лазерная наплавка поверхности металла

Непрерывная лазерная наплавка

Этот вид наплавочной технологии обеспечивает высокую производительность при минимальных тепловложениях лазерного луча по сравнению с другими видами плавки, а также сварки.

Обработку непрерывным лазером применяют для трудно свариваемых материалов.

Средний показатель в зоне перемешивания металлов основы и присадочного материала находится в пределах 10-30 мкм, с учетом режимов наплавления и варьирования толщины наплавки в диапазоне 0,3-3 мм за время одного прохода.

Устройство производственных систем для выполнения внутренних наплавочных манипуляций принципиально отличается от установок для осаждения металла на внешних поверхностях механизмов. Лазерные станки для внутренних работ оснащены призмами или зеркалами, предназначенными для переворачивания световых потоков.

Виды работ по созданию покрытий

Технологию лазерной наплавки реализуют путем нанесения на поверхность изношенного механизма слоя металла, в результате чего присадка сваривается с основой.

С учетом минимального подплавления основы, можно утверждать, что свойства наплавки зависят от материала, используемого в качестве присадки.

На современном производстве подачу затратного материала выполняют одним из трех основных способов.

Оплавление лазерным лучом

Поверхность детали предварительно покрывают порошковой пастой, подбирая состав обмазки, удовлетворяющий определенным требованиям. Оплавление лучом лазера реализуют последовательно, чтобы охватить всю намеченную зону. Если нужно создать многослойное покрытие, после каждого сканирования лазером наносят следующий слой пасты, для каждого слоя отдельный пласт обмазки.

Преимущества – простая по технологии выполнения наплавка не утяжеляет конструкцию агрегата. К недостаткам относят трудоемкий процесс осаждения, неравномерность наплавленной поверхности по причине натяжения поверхностной пленки расплавившегося металла.

Лазерная наплавка поверхности металла

Боковая подача газопорошкового микса

Лазерной наплавкой этого типа до недавнего времени пользовались наиболее часто. Подача порошка внутрь плавильной ванны осуществляется методом впрыскивания сбоку от лазерного луча либо навстречу ему. Во время наплавления формируются валики с различным типом геометрии.

Преимущества – благодаря газопорошковой технологии создается более качественный плакирующий слой.

Наплыв характеризуется равномерной толщиной и химическим составом, открывается возможность использования композитных материалов при сохранении фазы упрочнения.

Недостаток методики обусловлен несимметричной доставкой порошка по отношению к линии движения лазерного луча. Даже при его сканировании в плоской проекции.

Коаксиальный способ наплавления

Подача обогащенного газом порошка осуществляется через сопло непосредственно в зону работы лазера сплошным потоком конусообразной формы. Методика признана самым универсальным способом формирования покрытий однородного либо композитного типа для плоских, а также трехмерных деталей.

Преимущества – гарантирование симметричности по отношению к направлению плавки, равномерное сцепления валиков сваркой. Наплавку лазерного типа характеризует высокая производительность использования присадки для сложно обрабатываемых поверхностей. Характерная особенность, а также недостаток создания наплава, в сложности обеспечения подачи с равномерной симметрией.

Основной параметр качества лазерного напыления напрямую связан с расходом порошка. Для регулирования толщины осаждаемого пласта металла, его разжижения и твердости необходимо подобрать соответствующий диаметр лучевого потока в сочетании с мощностью установки, а также скоростью процесса.

Лазерная наплавка поверхности металла

Где применяют

Методику осаждения жидкого металла широко использует современная промышленность для восстановления участков деталей, пострадавших от повреждений. Лазерная наплавка применяется не только для ремонта и упрочнения покрытий, но и для создания комплектов новых деталей.

  1. EHLA. Технология предназначена для высокоскоростного создания покрытий со снижением тепловых затрат.
  2. SLM. Высокоточная методика выборочного спекания порошков для задания контуров послойного наплыва.
  3. LMD. Способ прямого выращивания деталей путем коаксиального наплавления, точность требует особых ресурсов.
Читайте также:  Смазка перфоратора своими руками

В металлургии, судостроении и нефтегазовой отрасли лазерную наплавку чаще всего выбирают для усиления отдельных участков заготовок либо коррекции их геометрических параметров.

Возможность экспериментировать с вариантами наплавления металла открывает перспективы для создания деталей различных форм.

Лазерная наплавка позволяет быстро восстановить работоспособность дорогих механизмов, сэкономив деньги и время.

Используемая литература и источники:

  • Статья в Википедии
  • Справочник по магнитно-импульсной обработке металлов. / Б. Н. Бадьянов. — Ульяновск: изд-во Ульяновский ГТУ, 2000 г.
  • Соснин Н. А., Ермаков С. А., Тополянский П. А. Плазменные технологии. Руководство для инженеров.. — Санкт-Петербург: Изд-во Политехнического ун-та, 2013.

Особенности технологии и виды наплавки металла

Наплавка металла применяется для восстановления геометрии изношенных деталей машин и механизмов, формирования упрочняющих слоев металла на поверхности изделий и создания биметаллических структур.

По своей сути наплавка — это один из видов сварочных технологий, т. к. она основана на тех же физических и технологических принципах, что и традиционные виды сварки.

  • Для восстановления и защиты поверхностей деталей с помощью слоя расплавленного металла используют различные способы наплавки, отличающиеся друг от друга методами плавления и составами сварочной среды: электродуговые, газопламенные, плазменные, лазерные, индукционные и пр.
  • С помощью этой технологии можно наплавлять на рабочие плоскости стальных конструкций металлы различного химического состава, в том числе медь, бронзу, чугун, а также никелевые, кобальтовые и хромовые сплавы.
  • Лазерная наплавка поверхности металла

Особенности технологии и процесса наплавки

Технология наплавки позволяет добиться не только надежного сцепления наносимого металла с основой, но и получить требуемые физические и химические характеристики наплавленного слоя.

Первое достигается качественной подготовкой базового изделия и точным соблюдением технологических режимов, а второе — правильным подбором сварочных материалов.

Сущность наплавки состоит в равномерном нанесении узких полос расплавленного металла на поверхность детали таким образом, чтобы они соединились в сплошной металлический слой заданной толщины. При нанесении защитных покрытий он может составлять десятые доли миллиметра, а при восстановлении изношенных деталей — до десяти миллиметров.

В последнем случае должна быть обеспечена толщина припуска, достаточная для механической обработки детали (обточки, расточки или фрезеровки) до требуемого размера. Перед механообработкой наплавленный слой, как правило, отжигают, а после подвергают закалке с отпуском.

Лазерная наплавка поверхности металла

Виды наплавки металла

Технология наплавки должна обеспечивать как качество наплавленного слоя, так и минимальное воздействие на металл базовой детали, чтобы избежать ее деформации.

Кроме того, разные способы наплавки имеют различные скорости обработки и отличаются расходом сварочных материалов на единицу наплавленного металла. Каждый из них характеризуется собственным соотношением качества с производственными и экономическими показателями.

При этом в условиях реального производства наплавка деталей может выполняться не самым удачным способом. К примеру, многие предприятия не располагают оборудованием для электрошлакового наплавления, которое кратно экономит электроэнергию и наплавочные порошки, и применяют для тех же целей электродуговые методы.

Большинство наплавочных технологий ориентированы на работу с изделиями из стали, в том числе с нанесением на нее покрытий из цветных металлов. Как правило, среди них выделяются следующие виды:

  • электродуговая;
  • вибродуговая;
  • газопламенная;
  • плазменная;
  • лазерная;
  • индукционная;
  • электрошлаковая;
  • электроискровая.

Отдельной разновидностью этих технологий является наплавка баббитами, которая производится при температурах +300…+400 ºC с использованием газопламенного нагрева.

Лазерная наплавка поверхности металла

Электродуговая наплавка

Чаще всего для наплавления металла применяют традиционное электродуговое оборудование. При ручной дуговой наплавке это стандартные выпрямители и инверторы постоянного тока, подключенные плюсом на электрод, а минусом — на деталь.

Такая схема включения используется для снижения глубины проплавления и общего нагрева изделия. Вручную металлы наплавляют как штучными обмазанными электродами, так и с помощью аппаратов с нерасходуемыми электродами и полуавтоматов с защитной средой из газа.

Ручная электродуговая наплавка угольными электродами с использованием порошковых смесей применяется для создания упрочняющих поверхностных слоев.

В этом случае для обеспечения устойчивого плавления металла в присадочном порошке применяют включение с прямой полярностью (плюс на детали), повышающее нагрев поверхностного слоя изделия.

В составе механизированного наплавочного оборудования обычно используют сварочные полуавтоматы с подачей сплошной или порошковой проволоки, позволяющей вести работу под флюсом.

Такие установки имеют высокую производительность и обеспечивают высокое качество наплавленной поверхности. На видео ниже показано восстановление слоя металла в посадочном отверстии детали горной техники в автоматическом режиме.

Основному процессу предшествует зачистка металла с помощью прямошлифовальной машинки и разогрев места наплавления газовой горелкой. В качестве присадочного материала используется наплавочная проволока с омеднением.

Вибродуговая наплавка с применением проволоки

Вибродуговая наплавка применяется для нанесения металла толщиной менее одного миллиметра с минимальным нагревом верхнего слоя основы.

Эта технология представляет собой прерывистый сварочный процесс, во время которого электрод совершает колебательные движения в осевом направлении с частотой до ста герц и амплитудой от 0.3 до 3 мм.

В результате таких колебаний время существования дуги составляет около одной пятой от времени всего рабочего цикла и на поверхность переносится малое количество металла. Поэтому глубина провара получается небольшой, а тепловое воздействие на основную деталь — минимальным.

Вибродуговое наплавление выполняют с помощью полуавтоматов, оснащенных специальными электромеханическими устройствами прерывистой подачи, при этом используется проволока для наплавки диаметром 1.6÷2 мм.

Процесс наплавления осуществляется в защитной среде из газа, водных растворов или пены.

Газопламенная наплавка

  1. Газопламенная наплавка считается самым простым и доступным способом наплавления металла, при котором источником тепла служит пламя горящего ацетилена или пропан-бутановой смеси.

  2. В качестве присадочного материала обычно применяется сварочная проволока или прутки, которые подаются в зону сварки ручным или механизированным способом, а для флюсов чаще всего используют смеси на основе буры и борной кислоты.

  3. Детали небольшого размера наплавляют без предварительного разогрева, а крупные перед наплавкой необходимо нагревать до температуры не менее 500 ºC.

  4. Кроме проволочных и прутковых присадок, при газопламенном наплавлении также используют порошковые, которые направляются в газовую струю из специального накопителя, плавятся в потоке пламени и в виде мелких капель металла оседают на поверхности детали.
  5. Лазерная наплавка поверхности металла

Плазменная наплавка

Плазменная наплавка выполняется на специальных сварочных аппаратах, которые называются плазмотронами. Главным элементом такого оборудования является специальная горелка, в которой формируется поток газовой плазмы, достигающий температуры в несколько десятков тысяч градусов.

При плазменной наплавке применяют традиционные присадочные материалы, в том числе и гранулированные смеси, которые подают в рабочую зону механизированным способом.

Этот вид наплавочной технологии характеризуется небольшой глубиной проплавления основной детали в сочетании с качественной структурой наплавленного слоя металла.

Электрошлаковая наплавка

Электрошлаковая наплавка — это термический процесс, при котором источником нагрева гранулированной присадочной смеси, наносимой на поверхность детали, является шлаковая ванна.

Такое устройство представляет собой небольшую емкость с кристаллизатором, перемещаемую вдоль поверхности базовой детали. Сверху в нее опускается плавящийся электрод или подается гранулированная присадка, при этом плавление металла происходит под слоем шлака и флюса, защищающего зону наплавления от нежелательного воздействия атмосферных газов.

Вертикальное расположение шлаковой ванны способствует всплыванию пузырьков газа и частиц шлака, что способствует уменьшению количества пор и твердых включений в наплавленном металле.

Кроме того, шлаковый слой защищает от разбрызгивания металла и сохраняет тепло рабочей зоны, поэтому эта технология характеризуется пониженным энергопотреблением. Одними из немногих ее недостатков являются повышенная сложность технологического процесса и невозможность работы с деталями малого размера и сложной конфигурации.

Лазерная наплавка

Лазерная наплавка работает по тому же принципу, что и порошковые плазменная и газопламенная. Здесь также создается поток присадочного материала из порошка с соединениями металлов и флюса, только его расплавление производится при помощи сфокусированного луча лазера.

  • Основным элементом лазерных установок является специальная головка с соплом, в котором образуется нагретый лазером поток газа, и порошковым инжектором, впрыскивающим в этот поток присадочный порошок.
  • По сравнению с другими видами наплавочных технологий лазерная наплавка характеризуется высокой точностью и стабильностью технологических режимов.
  • Лазерная наплавка поверхности металла
Читайте также:  Как убрать окисление с металла

Индукционная наплавка

Индукционная наплавка основана на расплавлении присадочного материала и верхнего слоя металла вихревыми токами, наводимыми на поверхность изделия с помощью высокочастотного поля.

Для этого на участок детали, предназначенный к наплавлению металлом, вначале наносится слой присадочного материала с флюсом. Затем над ним на небольшом расстоянии размещается индуктор, представляющий собой несколько витков медной трубки или шинки, на которую подается высокочастотное напряжение.

Глубина проплавления металла базовой детали зависит от частоты тока индуктора: чем выше частота, тем на меньшую глубину проникают вихревые токи. Этот метод наплавления имеет одну из самых высоких производительностей и обеспечивает минимальный нагрев металла изделия.

Электроискровая наплавка

Электроискровая наплавка — это одна из разновидностей электроэрозионной обработки, основанной на воздействии кратковременных электрических разрядов на поверхность металлического изделия.

Основные элементы электроискровой установки — это электромагнитный осциллятор и электрод, из которого при искровых разрядах вырываются частицы металла. Поскольку ионы металлов обладают положительным зарядом, электрод подключается к плюсу, а деталь — к минусу.

С помощью электроискрового метода наносят покрытия толщиной от нескольких микрон до 0.5 мм. При этом наплавленный металл получается плотным и мелкопористым, что способствует хорошему удержанию масла на поверхностях трения.

Одно из главных достоинств этой технологии — практически полное отсутствие нагрева обрабатываемой поверхности, что позволяет избежать деформации изделия и изменения структуры металла.

Применяемое оборудование

Оборудование для наплавки работает с использованием тех же источников питания и способов нагрева наплавляемого металла, что и сварочные установки. Его главное отличие — это наличие вспомогательных устройств, обеспечивающих подачу и распределение присадочных материалов по поверхности обрабатываемого изделия.

  1. В качестве универсального оборудования для наплавки нередко используют сварочные устройства, которые при необходимости дополняют специальной оснасткой и приспособлениями.
  2. Специализированное наплавочное оборудование обычно классифицируют по форме наплавляемых поверхностей: для плоских деталей, для тел вращения и для сложных профилей.
  3. Присадочные материалы в таких установках наносят не только традиционными способами (проволока, прутки, сопловое распыление), но и с применением специальных технологий: спиральная укладка ленты, центробежное распределение присадочного материала и пр.
  4. Лазерная наплавка поверхности металла

ПОСМОТРЕТЬ Присадочные материалы на AliExpress →

  • Кроме того, любая наплавочная установка для массивных деталей оснащается устройством предварительного прогрева изделия до температуры +500…+700 ºС.
  • В продаже можно встретить малогабаритные установки электроискровой наплавки для домашнего применения, в аннотации к которым указывается, что с помощью этих устройств можно наплавлять металл толщиной до нескольких миллиметров.

Однако известно, что за один проход данная технология позволяет нарастить слой менее чем на десятую долю миллиметра. Как же достигается такая толщина и какого качества получается металл? Если кто-нибудь знает ответ на этот вопрос, поделитесь, пожалуйста, информацией в х.

Лазерная наплавка — технология, методы

Лазерная наплавка — технология, позволяющая восстанавливать детали из металла, которые при эксплуатации подвергаются повышенному износу, динамическим нагрузкам и механическим воздействиям.

Лучом, генерируемым станком, на поверхности изделия создается ванна расплава. В эту зону подают присадки: порошок, проволока, газопорошок или другой материал. В результате образуются сварные наплавки, восстанавливающие изношенную структуру изделий.

Широкое применение данный метод получил на предприятиях и в мастерских, занимающихся изготовлением и ремонтом металлических инструментов, штампов, пресс-форм, компонентов компрессорного оборудования и пр.

В ходе технологического процесса убираются трещины, сколы, царапины, задиры, забоины и прочие дефекты поверхности, восстанавливается прочность изделия.

Лазерная наплавка поверхности металла

Лазерная наплавка металла выполняется с применением порошковых, газопорошковых присадок и проволоки. Разными бывают и способы подачи расходного материала:

  • коаксиальная,
  • латеральная,
  • радиальная.

Наплавку выполняет робот-манипулятор по заранее составленной и загруженной программе. Луч точечно расплавляет материал, а далее в зону расплава подаются присадки, которые также плавятся. После остывания они образуют новый слой на поверхности детали. Данный процесс отличается высоким качеством, точностью и скоростью выполнения.

По характеру излучения технология лазерной наплавки бывает двух типов:

Непрерывная наплавка

Используется там, где нужна высокая производительность оборудования без чрезмерно высоких температур и мощности. Метод хорошо зарекомендовал себя при работах с трудносвариваемыми деталями. Основной металл и присадка смешивается в небольшой зоне: 10-30 мкм в зависимости от рабочего режима. За один проход луча оборудование делает наплавку толщиной 0,05-3 мм.

Современные оптические системы предоставляют возможность работать не только с наружными частями деталей, но и с внутренними. В этом случае станки дополнительно оснащаются поворотными призмами или зеркалами.

Они будут направлять поток энергии к необходимой области.

Широкое применение непрерывная лазерная наплавка порошком, газом, проволокой получила в нефтегазовой промышленности, судостроении, металлургии, на предприятиях, выпускающих гипсоцементные составы.

Импульсная наплавка

Лазеры импульсного типа обладают очень высокой пиковой мощностью. Они могут работать как в ручном режиме, используя в качестве присадки проволоку, так и в автоматическом (с проволокой или порошком), под управлением роботизированных систем.

В первом случае оператор наблюдает за процессом через микроскоп, выставляет метки для фокусирования луча лазера. Размер области расплава должен быть в 1,5-2 раза больше, чем диаметр проволоки. Так объемы расплава сводятся к минимуму и восстанавливаемое изделие нагревается незначительно.

Чтобы кислород не попадал в рабочую область, запуская в ней окислительные процессы, дополнительно подается инертный газ. Ручной метод используется преимущественно при работах с деталями машин, пресс-формами, восстанавливая их изначальные размеры.

Сам процесс схож с лазерной сваркой с применением металлической проволоки.

Автоматизированная импульсная лазерная наплавка используется при работах с новыми изделиями. Благодаря минимальному нагреву детали, она существенно снижает склонность наплава к растрескиванию.

Преимущества

Лазерная наплавка поверхности металла

  • Предусмотрена возможность менять рабочие параметры. Позволяет корректировать физико-химические свойства наплавленного слоя в широком диапазоне.
  • Оказанием минимального температурного воздействия на деталь. Обеспечивается высокой точностью дозировкой импульса, незначительным временем и локальностью его подачи. После работ геометрическая форма обрабатываемой детали сохраняется.
  • Высокие адгезионные свойства. Исходный материал и наплавляемое покрытие соединяются очень прочно. Не уступает металлургической обработке.
  • Повышенная твердость, вязкость, коррозионная и тепловая стойкость наплавленного слоя. Поверхность получает стойкость к износу, растрескиванию, механическим повреждениям и другим дефектам.
  • Минимальные припуски. Существенно упрощает финишную механическую обработку.
  • Предусмотрена возможность работы с крупногабаритными деталями без их демонтажа, обработка внутренних и труднодоступных поверхностей. Обеспечивается волоконной технологией передачи лазерного излучения.
  • Высокая точность толщины наплавляемого слоя и его физико-химических показателей. Оператор и программное обеспечение контролирует рабочий процесс очень точно.
  • Невысокая себестоимость процесса и оперативность выполнения работ в сравнении с другими способами восстановления поверженных и изношенных металлических поверхностей. Технология не требует создания и поддержания высоких температур, длительной финишной обработки. При работах с хромированными изделиями, защитный слой удалять не надо.

Все эти преимущества существенно расширили сферу применения технологии лазерной наплавки, сделав ее востребованной в различных промышленных отраслях.

Сфера применения наплавки лазером

Лазерная наплавка поверхности металлаНаплавлением с помощью лазерной сварки удается устранить повреждения, вызванные сколами, смятием, износом, изломом:

  • кромок литейных пресс-форм, в том числе и тех, которые используются для работ с резиной, пластиком;
  • подшипников на валах, шестеренок, зубьев в шлицевых креплениях;
  • элементов гидросистем: клапанов линий всасывания и нагнетания, золотников в гидравлических распределителях;
  • в торцевой части, в области основания и ребра пера газотурбинных моторов;
  • роторов турбинных компрессоров;
  • изделий их сплавов повышенной прочности, эксплуатирующихся в условиях ударных и ударно-абразивных нагрузок: гидробуры, вибропогружатели, штампы вырубки и пр.;
  • крупногабаритных металлических изделий весом в десятки тонн.

Это далеко не все случаи, где технология лазерной наплавки будет оптимальным решением для восстановления металлических изделий. Ей найдется достойное применение и в небольших мастерских, и на крупных предприятиях.

Компания АО «ЛЛС» предлагает специализированные системы для лазерной наплавки с надежными гарантиями и доставкой по России. Консультанты при необходимости придут на помощь и помогут подобрать оборудование под особенности предстоящих работ. Для связи с ними воспользуйтесь формой обратной связи или позвоните нам.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector