激光系統(tǒng)的熔覆應(yīng)用

寂靜天花板

再制造產(chǎn)業(yè)是指在原有產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上,，將廢舊產(chǎn)品利用技術(shù)手段進(jìn)行修復(fù)和改造的一種產(chǎn)業(yè),。它是以產(chǎn)品全壽命周期理論為指導(dǎo),，以實現(xiàn)廢舊產(chǎn)品性能提升為目標(biāo)的一種產(chǎn)業(yè),。
熔覆（Cladding）屬于再制造領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù),。熔覆技術(shù)廣泛應(yīng)用于冶金,、石化、電力,、能源,、交通、軍工,、輕工,、磨具、機(jī)械制造,、煤機(jī),、農(nóng)機(jī)、水泥等諸多行業(yè),。典型應(yīng)用包括：
& X! I+ z5 X; T7 r1 b/ p- u（1）渦輪動力設(shè)備修復(fù)和改造,；
$ S% J" X* Q0 v" }* m* k0 g（2）高載荷,、低轉(zhuǎn)速,、高精度、高合金零部件的修復(fù)和強(qiáng)化,；
（3）汽車覆蓋件大型模具激光修復(fù),；
（4）礦山機(jī)械零件的激光強(qiáng)化與修復(fù)；
熔覆可以改善材料表面的性質(zhì),。根據(jù)不同的工業(yè)應(yīng)用,，熔覆可以使材料變得耐磨，耐腐蝕,，耐熱等,。硬化（Hardening）只是改變了基體材料表面薄層性質(zhì)，相對而言,，熔覆產(chǎn)生了完全不同于基體材料的新表面層,。目前有多種方法實現(xiàn)熔覆，每種方法各有特點。但從質(zhì)量,、產(chǎn)量,、兼容性及性價比等多方面綜合考慮，激光熔覆（Laser Cladding）正越來越受到市場認(rèn)可,。由于激光能量集中,，激光熔覆僅僅融化“基體材料的表面”和“覆層材料（Clad Material）”。激光熔覆產(chǎn)生的覆層質(zhì)量很高,。覆層材料空隙少,，表面均勻。激光熔覆僅在特定部位注入特定能量,，實現(xiàn)了對工藝參數(shù)的精確控制,，省略后處理過程。減少熔融體,，避免材料浪費,。避免了基體材料的硬化。另外,，伴隨激光熔覆的自然淬火過程也使得熔覆材料更加致密,。

覆層材料可以是線狀，帶狀或者粉末狀,。由于待熔覆區(qū)域通常遠(yuǎn)大于光斑,，光束總是沿著某個方向掃描工件表面。采用線狀或者帶狀覆層材料時,，光斑的短軸方向與光束掃描方向垂直,。采用粉末狀覆層材料時，光斑的長軸方向與光束掃描方向垂直,。
4 Y( k3 @/ w( F7 o激光熔覆的工藝參數(shù)主要有激光功率,、光斑直徑、熔覆速度等,。激光熔覆各參數(shù)之間相互影響,，是一個非常復(fù)雜的過程。通常來說,，激光功率越高,，熔覆層厚度越大，熔覆材料利用率越高,。但激光功率也不能過高,，因為激光功率越高，熔覆材料產(chǎn)生氣孔的概率也越大,。
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  e8 Q1 {$ l, Y) {( ?當(dāng)熔覆層深度達(dá)到極限深度后,，隨著功率提高,，基體表面溫度升高，變形和開裂現(xiàn)象也會加劇,。當(dāng)然,，激光功率也不能過低，否則僅表面涂層融化,，基體未熔,，此時熔覆層表面出現(xiàn)局部起球、空洞等,，達(dá)不到熔覆目的,。為了得到最佳熔覆效果，客戶需要根據(jù)具體應(yīng)用反復(fù)摸索相關(guān)參數(shù),。

目前市場上激光器種類繁多,，哪種激光器更適合激光熔覆呢？氣體激光器由于體積大,、能耗高等原因,，其市場應(yīng)用正在逐步縮小。光纖激光器和碟片激光器雖然光束質(zhì)量優(yōu)異,，但是熔覆硬化之類的表面熱處理應(yīng)用對光束質(zhì)量的要求并不高,，半導(dǎo)體激光器的光束質(zhì)量足以勝任。此外,，半導(dǎo)體激光器直接實現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換,，整體效率高達(dá)50%以上。而固體激光器,、光纖激光器和碟片激光器都需要半導(dǎo)體激光器作為光泵浦源,，無論光光轉(zhuǎn)換效率多高，整體效率仍然遜色于半導(dǎo)體激光器,。從體積,、能耗、光束質(zhì)量等各方面綜合考慮,，半導(dǎo)體激光器是激光熔覆的首選,。
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* m/ d# `- f0 P# }8 [- d. C: \DILAS于1994年成立于德國美因茲，是一家專注于半導(dǎo)體激光領(lǐng)域整整20年的公司,。也是全球唯一在德國、美國和中國都建有生產(chǎn)基地的高功率半導(dǎo)體激光公司,。DILAS團(tuán)隊負(fù)責(zé)產(chǎn)品研發(fā),、設(shè)計和制造的各個環(huán)節(jié)，來自德國的卓越工藝與先進(jìn)技術(shù)保證了其產(chǎn)品的可靠與穩(wěn)定,，即使面對惡劣復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境仍能擁有出色的表現(xiàn),。

: D9 l) v4 y  f. V7 w* G8 r; jDILAS近幾年推出的3kW直接輸出激光系統(tǒng)深受市場好評,。該款激光器體積僅220mm×237mm×410mm，客戶可以靈活地將其置于各類機(jī)械臂上,。由于內(nèi)部配備了先進(jìn)的控制系統(tǒng),，該款激光器可以提供多種模擬/數(shù)字接口，包括CANopen接口,，BUS接口,，網(wǎng)線接口等，為客戶后期的系統(tǒng)集成帶來極大便利,。除了980nm主波長,，該款激光器也提供650nm紅色指示光束，易于定位加工區(qū)域,。該款激光器的工作距離330mm,。標(biāo)準(zhǔn)光斑形狀可以是3mm*3mm，也可以是14mm*2.5mm,。前者適合小區(qū)域的精加工,，后者更適合大范圍的掃描。該款激光器的鏡頭組可以在無塵室中拆卸更換,。

當(dāng)客戶工藝發(fā)生改變時,，DILAS可以為客戶定制其他光斑形狀的鏡頭組。通過優(yōu)異的光束整形技術(shù),，該款激光器光斑強(qiáng)度呈平頂（Top Hat）分布,，其均勻度在快慢軸方向均超過85%，從而可以在加工表面實現(xiàn)均勻一致的熔覆效果,。
熔覆硬化之類的表面熱處理應(yīng)用中,，工件表面會產(chǎn)生大量的濺射物、煙塵和背反射光,。得益于多年的行業(yè)經(jīng)驗,，DILAS推出了多項措施保護(hù)直接輸出激光頭的安全：DILAS激光頭內(nèi)部集成了背反射光傳感器，當(dāng)背反射光功率超過設(shè)定閾值后,，傳感器將發(fā)送報警信號給激光控制單元,，及時關(guān)閉電源。
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( E* d+ y) b3 M1 y6 ?$ I9 b2 L. g) mDILAS的鏡頭組內(nèi)包含了可更換的保護(hù)窗片,，可以有效防止濺射物對鏡頭組內(nèi)昂貴鏡片的直接損傷,。保護(hù)窗片上被濺射物污染的區(qū)域會吸收激光能量，導(dǎo)致局部溫度快速升高,，進(jìn)而損壞窗片表面的防反光涂層,。防反光涂層損壞后，部分激光能量將反射回激光頭內(nèi)部,，導(dǎo)致激光核心元件損壞,。因此定期檢查清潔保護(hù)窗片,，并在適當(dāng)情況下更換窗片是必須的。
在應(yīng)用系統(tǒng)中加裝橫向氣簾裝置,，用壓縮氣體吹走熱處理過程中的顆粒物,，防止其落在保護(hù)窗片表面上。還可以加裝排煙裝置,，及時吸走熱處理過程中的廢氣和煙塵,。
; B9 p- D, y2 C$ R1 i  y加裝電子控制的保護(hù)窗片傳感器，該傳感器實時檢測由附著在窗片表面的顆粒物引起的散射激光,，同時檢測保護(hù)窗片的溫度,。如果散射激光功率或者窗片溫度超過閾值，傳感器將發(fā)送報警信號給激光控制單元,，及時關(guān)閉電源,。DILAS將結(jié)合實際工藝參數(shù)，幫助用戶設(shè)定合適的傳感器閾值,。
基于3kW直接輸出激光系統(tǒng)的成功,，DILAS相繼推出了6kW的直接輸出激光系統(tǒng)，并已經(jīng)在國內(nèi)市場取得訂單,。除了該系列直接輸出激光系統(tǒng),，德國DILA的6 kW光纖耦合輸出系統(tǒng)（1000μm, 0.22 NA），為各種激光表面熱處理應(yīng)用提供了更多選擇,。通過光纖,，激光可以靈活地傳輸很多米。一個光源的激光束可以分束并將能量引導(dǎo)到多個加工頭,。還可以將光纖與機(jī)器人相結(jié)合實現(xiàn)各種柔性加工,。ROFIN集團(tuán)最新推出的DF 060 HP系統(tǒng)內(nèi)部就采用了DILAS的6kW光纖耦合輸出系統(tǒng)。

戀清風(fēng)

謝謝,，

何以解憂123

標(biāo)準(zhǔn)光斑形狀可以是3mm*3mm，也可以是14mm*2.5mm,。這兩種光斑做熔覆效果都很差,，一般3000瓦激光功率做熔覆用直徑5mm光斑，速度300-400做出來表面光滑平整,，與基體結(jié)合也很勞靠,。