激光熔覆机市场前景
激光熔覆技术已经取得一定的成果,正处于逐步走向工业化应用的起步阶段。今后的发展前景主要有以下几个方面:
熔覆材料的设计与开发。
激光熔覆的基础理论研究。
理论模型的建立。
激光熔覆设备的改进与研制。
激光熔覆机的快速成型技术。
熔覆过程控制的自动化。
激光熔覆:技术利用大功率激光束聚集极高能量,瞬间将被加工件表面熔化,同时使零件表面预置的合金粉完全熔化,获得致密熔覆层和与基体冶金结合的覆层。
1)性能——经过精加工后,熔覆层单边厚度保留0.5-0.6mm,是电镀层的8-10倍,且和基材呈牢固的冶金结合。由于激光束能量集中密实特点,激光熔覆机光能绝大部分用于熔化粉末,只对基材表面微熔,而且基体热影响区极小,约为0.1-0.2mm,有效保证了基体材料的性能和形状不发生改变;
2)环境——激光熔覆技术为绿色环保工艺;
3)效益——激光熔覆后可循环使用。激光熔覆后可局部修复
激光熔覆机激光熔覆技术具有稀释率低、热输入小、材料广泛等众多优点,目前已在产业化应用的过程中演化出多种不同类型,并广泛应用于增材制造、再制造、表面工程的各个领域。 按照激光熔覆的材料类型和材料与激光束的耦合形式,可将常见的激光熔覆技术分为同轴送粉激光熔覆技术、旁轴送粉激光熔覆技术(也叫侧向送粉激光熔覆技术)。
激光熔覆机加工参数主要包括激光功率、搭接率、熔覆速度、送粉量、送粉气压和保护气气压等5项关键参数。
(1)激光功率:激光器单位时间内输出的能量。高速激光熔覆一般用kW级激光器,如中科中美生产的ZKZM-2000W和ZKZM-4000W在市场上推广应用较多,可满足大部分的科研和生产需求。
(2)搭接率:搭接率一方面影响熔覆层表面粗糙度,另一方面影响熔覆效率。高速熔覆的搭接率较高,一般为60%-80%(普通熔覆的搭接率为30%-50%)。
(3)熔覆速度:熔覆线速度和熔覆效率均可表示熔覆速度大小。中科中美ZKZM-4KW熔覆实测线速度可做到5m/min-100m/min,在熔覆厚度0.2-1.2mm时,熔覆效率每小时0.5-1.2平方米。
(4)送粉量:高速熔覆的送粉量主要与粉末熔点特性、激光功率、工件运动线速度有关,既要保证粉末充分熔化,同时粉末也不能过烧。
(5)送粉气压和保护气气压,高速熔覆的送粉方式为气动送粉,送粉气压要与送粉量想匹配。保护气气压的选择既要在熔池周围形成保护区域,减少氧化,也不能太大,影响粉末的飞行路径。
检测参数是在高速熔覆完成后,对熔覆层质量好坏的衡量参数,主要包括熔覆层厚度、结合强度、孔隙率、稀释率、表面粗糙度、硬度耐磨性等6项关键参数。
激光熔覆机生产加工成本主要包括电费、易损件、气体、人员工资以及材料粉末的消耗成本这几大块。
(1)电费消耗。以ZKZM-6000为例,全套(机床+水冷+除尘+激光器)耗电功率约为34KW,这样以单平方加工需要电能为42.5KWh,按照工业用电1元每度,则单平方熔覆加工耗电费用约为42.5元。
(2)易损件消耗。普通激光熔覆工作时需要定期更换保护镜片。中科中美高速激光熔覆目前所有易损件质保期内免费赠送,因此该项费用可忽略。
(3)气体费用。高速激光熔覆设备在加工过程中需要使用氮气或氩气作为送粉气和保护气,在保证合适气压情况下,单平方米的熔覆加工使用的氮气消耗约为20元。
(4)人员工资。以城市平均工资6000元起算,月工作22天,每天工作8小时,以0.8㎡/h效率计算,高速熔覆单位面积人员费用为42元。
(5)金属粉末费用。ZKZM-6000W设备采用中心送粉技术,粉末利用率可达90%,以金属表面修复比较常见金属粉末来算,粉末单价约为70元/kg,则熔覆1个平米面积的金属粉末费用约为400元。
激光熔覆是一个非常复杂的物理过程,除了激光功率及扫描速率,还有光斑直径、熔覆速度、离焦量、送粉速度、预热温度、送粉方式,激光熔覆机会对熔覆层的孔隙率、硬度、结合强度、稀释率、冷热疲劳性能、表面粗糙度等有很大影响,须采用合理的控制办法将这些参数控制在激光熔覆工艺允许的范围内。通过深入分析不同参数对激光熔覆层质量的影响,探究出合适的激光熔覆工艺及高性能激光熔覆层,对促进激光熔覆的广泛应用具有重要意义。