激光熔覆技术取代传统电弧焊

2012-11-12 15:20

　　除了工业燃气涡轮机和航空零部件，一般工业的应用领域，如石油、天然气和采矿工具、活塞发动机、压缩机、抽运器，甚至农业设备，越来越负担得起激光熔覆技术的费用。

图2 激光熔覆单晶样品棒

　　激光熔覆技术的优势

　　激光熔覆技术因不会使衬底变形而出名。这是由于其高度局部的热输入，通过融化材料形成冶金粘合剂，这对高精度的零件如模型工具和金属结构来说非常关键。传统的高温焊接，会给零件造成极大压力和进一步的破坏。

　　然而，激光熔覆技术的最大优点并不有名：热敏材料如超级合金和高碳钢材的的可焊性得到极大改善。电弧焊接时产生大量更高的热输入，从而导致更多的焊接缺陷，如裂缝。因此，修复热气体通道零件不再那么热衷于电弧焊。

　　激光熔覆技术的第二个重要优点是高度的几何精度，从而与传统的焊接过程相比，需要应用的材料更少。与电弧焊相比，激光熔覆产生接近网状的结构，更干净的完成修复，从而产生更少的材料凸起。举个例子，一个刀片需求6毫米的结构。激光熔覆可以在涡轮叶片两侧产生约0.3毫米的焊接结构；反之，电弧焊接将产生2毫米的结构，那么需要应用更多的材料，然后又要移除多于的部分，从而增加工作量和劳动力。

　　此外，计算机数控(CNC)系统使得激光熔覆过程在很大程度上是可复制的，它允许技术员在焊接产品时重复较高的焊接质量。

图3 左：激光3维焊接；右：单层焊接后的细节图

　　三维几何图形

　　一些部件如涡轮增压器，充满了迂回曲折的结构，给镀膜材料和过程到来很大挑战。因此，三维(3 D)几何图形需要恰当的处理系统，来移动必要的部件。焊接轨道的编程需要足够的计算机辅助制造(CAM)工具。此外，激光熔覆系统的程序设计员需要对激光熔覆过程具有足够的理解力，才能设计出合适的焊接策略。焊接策略必须考虑到材料问题，如边缘过热的问题；以及几何问题，如零件的生产过程，之前零件的操作条件导致几何偏差。

图4 工业燃气涡轮机叶片修复