中心送粉促进高速激光熔覆技术再上新台阶

2019-04-04 08:52

激光熔覆作为一种金属材料表面改性技术，可以有效改变金属表面的硬度、耐磨、耐腐和耐高温特性。半个多世纪以来，该技术在实际应用中得到不断的改进和发展，除了材料和工艺之外，激光器和送粉技术也不断得到升级换代。80－90年代，熔覆激光器主要为CO₂激光器和YAG激光器。2010年以后又出现了半导体激光器（分直接输出和光纤耦合输出两种）。近年来，光纤激光器又开始争夺半导体激光器的熔覆市场。

同时，人们也在不断摸索改进粉末与激光的作用方式，发明了多种送粉技术，包括预置送粉、旁轴送粉和中心送粉等等。预置送粉是采用铺粉或重力送粉器将粉末预置于光斑经过的路径上，预置送粉技术简单，送粉过程无粉末飞溅，粉末利用率高，但通用性不强。旁轴送粉采用气动方式，将粉末送到光斑内，旁轴送粉分非对称的侧送粉和对称的同轴送粉两种，侧送粉易受运动方向影响，熔覆质量相对较差。同轴送粉熔覆质量好，通用性强。同轴气动送粉是一种“粉包光”的技术，它使用多束汇聚粉流或环状汇聚粉流，将中心的激光束包围。中心送粉也是气动送粉，它是一种“光包粉”的技术，它是通过设计一种空心光束实现对中心粉流的包围。

近年来，高速激光熔覆作为一种最新的激光熔覆技术已经引起了煤矿、钢铁、石油化工、电力等各行各业的广泛关注。最近，中科中美将中心送粉成功地用于高速激光熔覆技术之中，他们使用多束激光将中心粉流包住，在熔池之上粉末熔化并落入熔池之中。

中科中美中心送粉高速熔覆原理图

旁轴送粉高速熔覆原理图

相对于同轴气动送粉，中心送粉的特点是粉末为单一粉流，不存在不同方向粉流的相互撞击散射。另外，在垂直向下熔覆加工时，可以使用较低的送粉气压，这样，一方面粉流速度相对较慢，粉末与激光的作用时间长，更易于粉末在熔池上空的熔化。另一方面，较低的粉流速度，也减少粉流与基体之间的弹射。实际应用表明，中心送粉高速熔覆熔覆过程飞溅明显减小，火花相当轻柔，粉末利用率大大提高。

中科中美高速激光熔覆技术立足自主研发，拥有完全自主知识产权，多项核心技术处于全球领先水平，具有很高的独创性和行业领先性。中科中美2017年推出首台国产高速激光熔覆装备，在第一时间与国外同类技术站在了同一起跑线。随后，中科中美坚持对产品和技术进行了持续不断的升级改进，产品性能和加工能力处于行业领先水平。中科中美专业从事高速激光熔覆整套装备的研发、生产与销售，拥有包括光纤激光器、高速激光熔覆头、送粉器、机床和控制系统在内的整套技术，可为客户提供包括材料、工艺在内的整套解决方案。目前，产品系列主要有：2kW同轴送粉高速激光熔覆装备，4kW和6kW中心送粉高速激光熔覆装备，2kW和3kW内孔熔覆高速激光熔覆装备等等。