Лазерная наплавка представляет собой прогрессивную технологию ремонта и улучшения эксплуатационных характеристик металлических поверхностей. Суть метода заключается в использовании высококонцентрированного лазерного луча для закрепления слоя металлического порошка на изделии путем частичной расплавки. Этот способ широко применяется в отраслях промышленности, в которых компоненты оборудования подвергаются агрессивным условиям эксплуатации и постоянному механическому воздействию, из-за чего их периодически требуется восстанавливать для продления срока службы. Расскажем подробнее, как работает этот метод, какие варианты наплавки существуют и в каких сферах она востребована.
Технология
Технологический процесс состоит из следующих этапов:
- подготовка поверхности. Прежде чем приступить к наплавке, поверхность очищают от различных посторонних примесей, заусенцев и т. д.;
- направление луча. Роботизированный лазерный наплавочный комплекс генерирует мощный сфокусированный луч, способный локально расплавить поверхность металла и создать сварочную ванну в области воздействия;
- подача наплавляемого порошка. Газопорошковый состав подается в зону расплава сбоку от сопла или симметрично со всех сторон (так называемая коаксиальная наплавка). Возможен альтернативный вариант: порошковая паста наносится на поверхность до направления на нее лазера, но это более трудоемко, и результат получается неравномерным, что подходит не для всех ситуаций;
- кратковременное расплавление, смешивание и охлаждение. Из-за нагрева оба материала смешиваются, а затем отвердевают, образуя единый прочный слой. Лазерная технология позволяет достигать высокого уровня адгезии между основой и наплавляемым веществом, что обеспечивает отличную износостойкость и долговечность обработанных изделий. При этом в отличие от гальванического метода таким образом можно наносить даже композиты;
- финишная механическая обработка. Если к поверхности предъявляются повышенные требования по гладкости, она шлифуется и полируется.
Порядок действий на конкретных роботизированных системах может немного отличаться из-за способа подачи наплавляемого порошка и характера излучения, но в целом принцип одинаков. Автоматизированные системы управления позволяют точно регулировать размеры зоны плавления и термические циклы, гарантируя высокое качество выполнения наплавки.
Непрерывная и импульсная наплавка: отличия
При наплавлении излучение может быть непрерывным или импульсным, у каждого метода есть свои преимущества и недостатки.
Непрерывная
При использовании этого способа луч лазера непрерывно нагревает зону расплава. Метод отличается высокой производительностью. Применяется преимущественно для обработки крупных изделий из тугоплавких и трудносвариваемых материалов, которым требуются стабильные температурные условия.
Импульсная
Импульсные лазеры генерируют серию коротких высокомощных импульсов, что позволяет точечно воздействовать на поверхность. Метод подходит для металлических изделий, которым нужно минимальное тепловое воздействие, чтобы предотвратить их перегрев и деформацию. Из-за локального кратковременного нагрева импульсная наплавка часто используется для работы не только со старыми, но и с новыми запчастями, так как не ухудшает их характеристики.
Сферы применения
Восстановление изношенных деталей оборудования. Это одна из основных сфер применения лазерного наплавления. Наплавка позволяет восстанавливать геометрию и механические свойства зубчатых колес и шестерен при износе, сколах, трещинах. Также можно продлить срок службы и снизить затраты на замену поврежденных подшипников, валов, пресс-форм, штампов и т. д.
Упрочнение и повышение эксплуатационных свойств новых изделий. Защита новых изделий от износа и коррозии продлевает их срок службы. Так, нанесение термостойких и износостойких покрытий улучшает эксплуатационные характеристики и увеличивает срок службы лопаток газотурбинных двигателей, клапанов, запорной арматуры и т. п. Лазерная наплавка металла обычно применяется, если новое изделие изготовлено из не очень качественного сырья или неподходящего для конкретных условий.
Прототипирование и производство 3D-деталей. Наплавка используется при аддитивном (послойном) производстве, что открывает широкие горизонты для создания сложных трехмерных конструкций. Могут использоваться методы прямого выращивания путем коаксиальной наплавки (LMD) и выборочного послойного наплавления (SLM). Это позволяет быстро и качественно изготавливать прототипы и малосерийные партии, обеспечивая высокую точность и структурную целостность продукции.
Методика лазерного наплавления металлического порошка может быть востребована в разных отраслях:
- энергетика – для ремонта и упрочнения поверхностей роторов, лопаток турбин, генераторов, валов, насосов, клапанов и других критически важных узлов. Позволяет сократить время простоя и поддерживать в рабочем состоянии при небольшом бюджете на ремонт;
- горная промышленность – для повышения эксплуатационных характеристик в условиях агрессивной среды и продления срока службы разнообразной техники (экскаваторов, бурильных установок, дробильно-сортировочных и других тяжелых машин). обработке подвергаются зубья ковша, лопата, буровое долото и т. д.;
- автомобильная промышленность – восстанавливаются гильзы цилиндров, направляющие клапанов, штоки, элементы трансмиссии, обеспечивается высокая износостойкость впускных и выпускных коллекторов;
- нефтегазовая промышленность – для и упрочнения бурильных головок, клапанов, насосов и других компонентов, подвергающихся интенсивному износу и коррозии.
Также с помощью этого метода можно восстановить и улучшить технические характеристики изделий в судостроении, медицине, машиностроении, металлургии и других отраслях.
Преимущества
Безупречная точность процесса. Роботизированная система позволяет контролировать все параметры процесса с высокой точностью, что обеспечивает минимальные отклонения и высокое качество наплавляемого слоя. Это особенно важно для мелких деталей и узлов, где критична точная настройка размеров и допусков.
Минимальный процент плавления. Локальное контролируемое нагревание создает минимальную зону расплава, снижая тепловое воздействие на окружающее пространство, что сводит к нулю риски появления трещин и других дефектов из-за нагрева. Расплавлению подвергается менее 5% поверхности, но этого достаточно, чтобы обеспечить хорошую адгезию за счет смешивания.
Возможность создания тончайшего слоя. Возможность наплавления очень тонких слоев (от 0,3 мм) позволяет минимизировать количество наплавляемого порошка на новые изделия. Благодаря этому преимуществу можно улучшить эксплуатационные характеристики конструктивных элементов, нанеся более качественный сплав, и практически не изменить их типоразмеры.
Возможность обработки сложных форм и крупногабаритных изделий. В отличие от хромирования, методика подходит для работы с изделиями со сложной объемной геометрией и расположенными на труднодоступных участках.
Экономическая эффективность. Метод помогает существенно снизить затраты, избежав необходимости покупки дорогих деталей для замены. Кроме того, наплавление порошком под точным контролем лазера позволяет добавлять слой только в нужных местах, что снижает расход дорогих материалов (никелевых и кобальтовых сплавов, композитов) и уменьшает отходы. Процесс отличает высокий КПД.
Минимальная последующая обработка. Точная управляемая методика воздействия лазером обеспечивает высокое качество поверхности. Это позволяет минимизировать или вообще исключить последующую механическую обработку, снижая общие трудозатраты и производственные расходы.
Улучшение эксплуатационных характеристик. С помощью лазерного наплавления можно обеспечить однородную и плотную структуру покрытия и повысить:
- коррозионную стойкость,
- стойкость к окислению,
- устойчивость к механическим воздействиям,
- стойкость к радиации,
- антифрикционные свойства.
Универсальность. Наплавление подходит для работы как с металлом, так и со сплавами и композитами. Это свойство обеспечивает повышенную востребованность наплавки лазером в производстве и ремонте, в отличие от гальваники с более ограниченными возможностями.
Экологичность и безопасность процесса. При работе образуется минимальное количество отходов и выбросов, из-за чего снижается негативное влияние на экологию. Лазеры оснащены системами защиты, которые минимизируют любое негативное воздействие на оператора.
Заключение
Благодаря точности, минимальному проценту плавления, высокому качеству готового покрытия и универсальности технология лазерной наплавки активно применяется в промышленности. Она обеспечивает не только эффективное восстановление или доработку формы обрабатываемых изделий, но и улучшение их свойств, что приводит к значительной экономии ресурсов и повышению эффективности производственных процессов. Если вы хотите продлить срок службы техники, аппаратов, конвейеров или других систем, позвоните нам или посетите наши офисы в Москве, Калуге и других городах России. Услуга оказывается на роботизированном лазерном наплавочном комплексе, приобретенном специально для работы с крупногабаритными изделиями.
