Descripción general del revestimiento láser
El revestimiento por láser es un proceso que utiliza diferentes métodos de relleno para depositar materiales de revestimiento seleccionados sobre la superficie de un sustrato.
El material se funde sobre la superficie del sustrato con una capa delgada después de ser irradiado por un láser y luego se solidifica rápidamente para formar un recubrimiento superficial con una dilución mínima y unión metalúrgica con el material del sustrato.
Esto mejora significativamente la resistencia de la superficie al desgaste, la corrosión, el calor, la oxidación y mejora sus propiedades eléctricas en el material base.
El revestimiento láser es una tecnología rentable que puede crear superficies de aleación de alto rendimiento sobre sustratos metálicos económicos sin cambiar las propiedades del sustrato. Esto reduce los costos y conserva materiales de metales preciosos y raros.
Los láseres utilizados en el revestimiento láser son principalmente láseres de CO 2 y láseres de estado sólido, como láseres de disco, láseres de fibra y láseres de diodo.
Características del proceso de revestimiento láser.
El revestimiento láser se puede dividir en dos categorías según los diferentes procesos de alimentación de polvo: método de preajuste de polvo y alimentación de polvo sincrónica.
Los dos métodos son similares, pero la alimentación sincronizada de polvo tiene ventajas como una fácil automatización y control, una alta absorción de energía láser y ausencia de porosidad interna. Esto es particularmente beneficioso para el revestimiento metalocerámico, ya que mejora significativamente las propiedades antifisuras de la capa de revestimiento y permite una distribución uniforme de la fase cerámica dura por toda la capa de revestimiento.
1 . El revestimiento láser tiene las siguientes características
- Velocidad de enfriamiento rápida (hasta 106K/s), que forma parte del proceso de solidificación rápida, facilitando la obtención de estructuras cristalinas finas o la producción de nuevas fases que no se pueden obtener a través de un estado de equilibrio, como fases no estacionarias y amorfas. estados.
- Baja tasa de dilución del recubrimiento (generalmente menos del 5%) con una unión de difusión interfacial o metalúrgica estrecha al sustrato. Se pueden obtener buenos recubrimientos con bajas tasas de dilución ajustando los parámetros del proceso láser, y se puede controlar la composición del recubrimiento y el grado de dilución.
- Reducción de la entrada de calor y la distorsión, especialmente cuando se utiliza un revestimiento rápido de alta densidad de potencia, manteniendo la distorsión dentro de las tolerancias del ensamblaje de la pieza.
- Pocas restricciones en la elección del polvo, particularmente para la deposición de aleaciones de alto punto de fusión sobre metales de bajo punto de fusión.
- Amplia gama de espesores de capa de recubrimiento, con espesores de recubrimiento en polvo de un solo canal que van desde 0,2 mm a 2,0 mm.
- Deposición selectiva con bajo consumo de material y excelente relación prestaciones/precio.
- Capacidad de fusionar áreas inaccesibles mediante la orientación del haz.
- Fácil de automatizar.
El revestimiento láser es muy adecuado para reparar piezas comúnmente desgastadas en campos petroleros debido a su resistencia al desgaste.
dos . Diferencias y similitudes entre revestimiento por láser y aleación por láser.
Tanto el revestimiento por láser como la aleación por láser utilizan rayos láser de alta densidad de energía para formar una capa de revestimiento de aleación en la superficie de un sustrato, que se fusiona con el sustrato y tiene una composición y propiedades únicas.
Los dos procesos son similares pero fundamentalmente diferentes, con las siguientes diferencias clave:
(1) En el revestimiento láser, el material de revestimiento se funde completamente con una capa de fusión de matriz extremadamente delgada, lo que provoca un impacto mínimo en la composición del revestimiento. En la aleación por láser, se añaden elementos de aleación a la superficie del material base en la capa compuesta fundida, formando una nueva capa de aleación basada en el material base.
(2) El revestimiento láser no depende del metal fundido de la capa superficial del sustrato como disolvente, sino que funde un polvo de aleación preestablecido para crear la aleación en cuestión a partir de la capa de revestimiento. Al mismo tiempo, la aleación de matriz también tiene una fina capa de fusión, lo que conduce a la formación de una unión metalúrgica.
El revestimiento láser es una base crucial para la reparación y remanufactura de piezas defectuosas en condiciones extremas y para la fabricación directa de piezas metálicas. Ha recibido una importante atención por parte de la comunidad científica y de empresas de todo el mundo por su capacidad para preparar nuevos materiales.
Evaluación del efecto de la fusión láser.
La evaluación de la calidad del revestimiento láser implica dos aspectos principales: macroscópico y microscópico.
El aspecto macroscópico examina la forma del canal de fusión, las irregularidades de la superficie, las grietas, la porosidad y la tasa de dilución. Microscópicamente analiza la formación de una buena organización y el suministro de las propiedades necesarias.
Además, se debe determinar el tipo y la distribución de los elementos químicos en la capa de revestimiento de la superficie, prestar atención al análisis de la capa de transición para la unión metalúrgica y, si es necesario, realizar pruebas de calidad de vida.
Los esfuerzos de investigación se centran en el desarrollo de equipos de recubrimiento, dinámica del baño de soldadura, diseño de composición de aleaciones, métodos de formación, propagación y control de grietas, y fuerzas de unión entre la capa de recubrimiento y el sustrato.
Los principales desafíos que enfrenta la futura aplicación de la tecnología de deposición láser son:
- La inestabilidad de la calidad de la capa de revestimiento es la razón principal por la que la tecnología de revestimiento láser aún no se ha industrializado por completo en China. Durante el proceso de revestimiento láser, pueden producirse defectos como porosidad, grietas, deformaciones e irregularidades superficiales en la capa de revestimiento debido a las diferencias en el gradiente de temperatura y el coeficiente de expansión térmica entre la capa de revestimiento y el material base.
- Se debe detectar e implementar un control automatizado del proceso de revestimiento láser.
- La sensibilidad al agrietamiento del revestimiento láser sigue siendo un problema para los investigadores nacionales e internacionales y sigue siendo un obstáculo para la aplicación de la ingeniería y la industrialización. Aunque se ha estudiado la formación y expansión de grietas, el método de control aún no está maduro.
Aplicación de revestimiento láser
El procesamiento de revestimiento por láser tiene una amplia gama de aplicaciones y campos, que abarcan casi toda la industria de fabricación de maquinaria.
En la actualidad, el revestimiento láser se ha aplicado con éxito a acero inoxidable, acero moldeado, hierro fundido maleable, hierro fundido gris, aleaciones de cobre, aleaciones de titanio, aleaciones de aluminio y aleaciones especiales como las de base cobalto, níquel, hierro y otras auto- fusión de polvos de aleación y fases cerámicas en la superficie del revestimiento láser.
Los polvos de aleación a base de hierro son adecuados para piezas que requieren resistencia al desgaste local y son propensas a deformarse.
Los polvos de aleación a base de níquel son ideales para componentes que requieren resistencia local a la abrasión, resistencia al calor y resistencia a la fatiga térmica.
Los polvos de aleación a base de cobalto son adecuados para piezas que requieren resistencia local a la abrasión, resistencia a la corrosión y resistencia a la fatiga térmica.
Los recubrimientos cerámicos tienen alta resistencia a altas temperaturas, buena estabilidad térmica y alta estabilidad química, lo que los hace adecuados para piezas que requieren resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, resistencia a altas temperaturas y resistencia a la oxidación.
Algunas aplicaciones típicas de revestimiento láser son:
Fabricación y Remanufactura de Equipos y Componentes Mineros
Los equipos de minería de carbón sufren mucho desgaste debido a su duro entorno de trabajo, lo que provoca frecuentes averías de las piezas. El revestimiento láser se utiliza para fabricar y remanufacturar estas piezas, que incluyen:
- Minero de carbón: bastidor principal, balancín, engranaje, eje de engranaje, casquillos, bastidor articulado, cilindro de aceite, asiento del cilindro, zapata deslizante guía, rueda dentada, rueda de riel de pasador, rueda motriz, llave, etc.
- Rozadora: cilindros, soportes, ejes, casquillos, cortadores, etc.
- Transportador raspador: canal central, ranura de transición, caja de cambios, engranajes, ejes de engranajes, engranajes cónicos en espiral, piezas de eje, etc.
- Soporte hidráulico: cilindro, base y orificio de articulación de soporte, casquillos, etc.
Dientes cortantes de rozadora
Columna de soporte hidráulica después del recubrimiento.
Opciones después del revestimiento láser
Fabricación y Remanufactura de Equipos Eléctricos y sus Componentes
Los equipos de energía eléctrica tienen un alto volumen de distribución y deben operar de manera continua, lo que los hace vulnerables a daños en sus componentes.
La turbina de vapor es el corazón de la generación de energía térmica, pero sus exigentes condiciones de trabajo, incluidas las altas temperaturas y el calor, provocan un desgaste regular de componentes esenciales como el eje principal y las paletas dinámicas, que deben repararse anualmente.
La turbina de gas también está sujeta a daños debido a la exposición a altas temperaturas de hasta 1300°C.
La tecnología de remanufactura por láser ofrece una solución eficaz para restaurar el rendimiento de los equipos dañados y es significativamente más rentable, con un precio que es sólo una décima parte del precio de una unidad nueva.
Revestimiento láser del eje del rotor del motor.
Reparación de rotores de turbinas de vapor.
Reparación de desgaste de cuchillas extractoras de polvo.
Fabricación y Remanufactura de Equipos Petroquímicos y sus Componentes
La industria petroquímica opera en un modelo de producción en masa, que requiere el uso de máquinas que trabajan continuamente en ambientes agresivos. Con el tiempo, la exposición a tales condiciones provoca daños, desgaste y corrosión de los componentes del equipo.
Las válvulas, bombas, impulsores, muñones del rotor, discos, casquillos y placas de eje se encuentran entre las piezas más susceptibles a fallar. Estos componentes no sólo son caros sino también de forma compleja, lo que dificulta las reparaciones.
Sin embargo, la llegada de la tecnología de fusión por láser ha eliminado estos desafíos, haciendo posible reparar y fabricar estas piezas de manera efectiva.
Revestimiento láser de revestimientos cerámicos duros en tuberías de perforación petrolera, herramientas de perforación, etc.
Fabricación y Remanufactura de Equipos y Componentes Ferroviarios
El rápido crecimiento del transporte ferroviario y su correspondiente desarrollo socioeconómico han dado lugar a una gran demanda de nuevos vehículos ferroviarios, así como a un aumento en el número y los requisitos de rendimiento de los componentes clave.
Una solución a esta demanda es la aplicación de tecnología de remanufactura, que ofrece la posibilidad de reutilizar piezas desgastables de vehículos.
La principal tecnología detrás de la remanufactura es el fortalecimiento de superficies con láser. Este proceso implica la aplicación de tecnología de recubrimiento de superficies por láser para reparar y reforzar la superficie de piezas remanufacturadas.
Remanufactura de componentes clave en otras industrias de maquinaria.
La remanufactura de componentes clave no se limita a la industria ferroviaria y también se aplica en una variedad de otras industrias de maquinaria, incluidas la metalúrgica, petroquímica, minera, química, aeronáutica, automotriz, marina, máquinas herramienta y más.
Para reparar y mejorar el rendimiento de equipos de precisión, equipos grandes y piezas valiosas que son susceptibles al desgaste, la erosión y la corrosión, se utiliza el proceso de revestimiento por láser.
Recubrimiento láser de barras de tornillo sin fin para mandrinadoras y fresadoras de pórtico
Rodillos de colada continua de acero altamente resistentes al desgaste con recubrimiento láser
