激光熔覆涂層的案例
重磅：剎車盤金屬涂層新規(guī)，激光熔覆金屬3D打印市場(chǎng)有望爆發(fā)
△左側(cè)，傳統(tǒng)激光熔覆焊接（LMD或激光金屬熔覆）；右側(cè)，極高速激光金屬熔覆 (EHLA)
目前，對(duì)于涂覆的常用技術(shù)是高速氧氣燃料（HVOF）涂層，這是一種熱噴涂工藝，能夠用于改善或恢復(fù)部件的表面性質(zhì)或尺寸，通過提高耐侵蝕、耐磨性和耐腐蝕性保護(hù)設(shè)備壽命。HVOF工藝通過專用噴嘴中產(chǎn)生的高溫高速燃燒火焰流，然后將粉末軸送入火焰中，形成致密、強(qiáng)粘附涂層。雖然這種方法十分有效，但是危險(xiǎn)性相當(dāng)高，對(duì)于操作員的技術(shù)要求也很高，無形中增加了使用成本。
△工藝鏈從六個(gè)減少到四個(gè)步驟
與HVOF噴涂的熱涂層相比，AMCoating的EHLA工藝還擁有許多優(yōu)勢(shì)：無需對(duì)制動(dòng)盤進(jìn)行機(jī)械和熱預(yù)處理，工藝鏈從六個(gè)減少到四個(gè)步驟。除了高速之外，EHLA還有優(yōu)于氧氣燃料噴涂的優(yōu)勢(shì)：
通過分子鍵提高附著力
粉體利用率高
涂覆0.1毫米范圍內(nèi)的更薄層
具有不同特性和厚度的層
制動(dòng)盤的熱量輸入更低，熱影響區(qū)更小
△激光熔覆金屬3D打印涂層的主軸，圖/南極熊駐歐洲志愿者
使用激光金屬沉積技術(shù)的AM Cube
南極熊了解到，除了AM Coating之外，這家公司還擁有一種使用激光技術(shù)沉積技術(shù)的3D金屬打印系統(tǒng)：AM Cube，也可以實(shí)現(xiàn)剎車盤表面處理過程。激光金屬沉積技術(shù)將原料材料（基于Fe/Ni/Co）用激光束熔化，并通過冶金結(jié)合熔合到基材（鋼或鎳基合金）上。該工藝的好處之一是降低了熱負(fù)荷，非常適合修復(fù)損壞、在選定點(diǎn)加固部件以及通過材料沉積恢復(fù)部件的原始幾何形狀。
展開 分析比較等離子熔覆與激光熔覆的優(yōu)缺點(diǎn)
一.激光熔覆特點(diǎn)
1.技術(shù)特點(diǎn)
激光熔覆最重要的特點(diǎn)是熱量集中、加熱快、冷卻快、熱影響區(qū)小，特別對(duì)不同材質(zhì)之間熔融有著其它熱源無法比擬的特點(diǎn)，也正是這一特殊的加熱和冷卻過程，在熔鑄區(qū)域產(chǎn)生的組織結(jié)構(gòu)也不同于其它熔覆（如噴焊、堆焊、普通焊接等）手段，甚至可以產(chǎn)生非晶態(tài)組織，特別是脈沖激光更為明顯。
這就是所謂激光熔覆無退火、不變形的原因，但我以為，這只是從工件整體宏觀講，而當(dāng)你對(duì)熔覆層和熱影響區(qū)進(jìn)行微觀分析時(shí)，你會(huì)看到另一種景象。
2.設(shè)備特點(diǎn)
激光熔覆，目前國內(nèi)采用兩種機(jī)型：CO2激光器和YAG激光器。前者為連續(xù)輸出，熔覆功率一般在3KW以上；YAG激光為脈沖輸出，一般在600W左右。
對(duì)于設(shè)備，一般使用者很難吃透，嚴(yán)重依賴生產(chǎn)方的服務(wù)，購買價(jià)格昂貴，維護(hù)成本、零部件價(jià)格很高，再加上設(shè)備穩(wěn)定性和耐受性與國外比較普遍都有差距，因此，激光熔覆機(jī)一般用在特殊領(lǐng)域，普通工業(yè)制造、維修領(lǐng)域難有效益。
3.工藝特點(diǎn)
（1）前期處理
激光熔覆，一般只需將工件打磨干凈，除油，除銹，去疲勞層等，比較簡單。
（2）送粉
CO2激光器功率較大，一般用氬氣送粉；YAG激光功率小，一般用自然落粉的方式。這兩種方式在熔覆時(shí)都基本在水平位置形成熔池，傾斜稍大粉末便不能正常送達(dá)，激光的使用范圍受到限制，特別是YAG激光器。
（3）從熔池形成的狀態(tài)看
由于激光的控制精度高，輸出功率恒定，且沒有電弧接觸，所以熔池大小深度一致性好。
（4）加熱快、冷卻快
影響金屬相形成的均勻度，也對(duì)排氣浮渣不利，這也是造成激光熔覆形成氣孔、硬度不均的重要原因，特別是YAG激光傾向更嚴(yán)重。
（5）材料選擇
由于不同材料對(duì)不同波長激光的吸收能力不同，造成激光熔覆材料選擇限制較大，激光更適于鎳基自熔性合金等一些材料，對(duì)碳化物、氧化物的熔覆更困難一些。
展開 激光熔覆comsol模型，激光熔池仿真
激光熔覆comsol三維仿真模型，涉及溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)，需要的聯(lián)系即可，原創(chuàng)模型，可提供答疑，非誠勿擾！
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<p>comsol雙橢球熱源激光熔覆仿真模型。激光熔覆粉末沉積過程中，快速熔化凝固和不同比例粉末的導(dǎo)致了熔池中復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象。以及熱行為對(duì)凝固組織和性能有顯著影響。通過三維數(shù)值模型來模擬在316L上激光熔覆過程中的傳熱、流體流動(dòng)、凝固過程。僅提供模型，按需購買！</p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202404/attachment/751a0fac3c63410c8278ee7ccdbd44a0.gif" style="text-align: center">
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使用comsol固體傳熱接口、變形幾何接口模擬激光熔覆過程。
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<img src="https://img.jishulink.com/upload/202108/97727b26e4b44be5bda7dfbdaad6a2ff.gif" title="Untitled1.gif" alt="Untitled1.gif" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202108/97727b26e4b44be5bda7dfbdaad6a2ff.gif?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/202108/97727b26e4b44be5bda7dfbdaad6a2ff.gif?
展開 abaqus激光熔覆
焊接
超聲輔助激光熔覆數(shù)值仿真
超聲輔助激光熔覆利用高能超聲波在熔體中產(chǎn)生的非線性效應(yīng)，如超聲空化和聲流效應(yīng)等，來改善熔池內(nèi)增強(qiáng)體與熔體的潤濕性，促使增強(qiáng)體在熔體中均勻分布。同時(shí)，聲流攪拌作用將空化效應(yīng)產(chǎn)生的晶核擴(kuò)散至整個(gè)熔池中，有效提高了形核率，均化了溫度梯度和成分分布，降低了偏析程度。這種結(jié)合了激光熔覆和超聲振動(dòng)的技術(shù)，可以提高熔覆層的質(zhì)量和性能。
本案例展示了超聲輔助下激光熔覆的動(dòng)態(tài)過程，仿真結(jié)果如圖所示：
該仿真模型考慮了溫度場(chǎng)+流場(chǎng)+超聲場(chǎng)+動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，感興趣的朋友，歡迎交流合作！
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該模型模擬激光加熱過程所涉及的溫度變化及應(yīng)力變化，數(shù)據(jù)都可以查看。
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激光單道熔覆文件
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<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202603/attachment/9e7ca6f32837434787e2d399377e042d.gif" style="display: inline-block;" data-regular="true">
<img src="https://img.jishulink.com/202603/attachment/9e7ca6f32837434787e2d399377e042d.gif" style="" width="455" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202603/attachment/9e7ca6f32837434787e2d399377e042d.gif?image_process=/format,webp/quality,q_40" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202603/attachment/9e7ca6f32837434787e2d399377e042d.gif?image_process=/format,webp/quality,q_40"
展開 Comsol生死單元模擬激光熔覆
通過對(duì)比三種通用有限元仿真軟件使用生死單元模擬激光熔覆，得到的結(jié)論是COMSOL的建模效率以及計(jì)算精度相較于其他兩種可以說是相去天淵。COMSOL模擬選用的物理場(chǎng)為固體力學(xué)和固體傳熱，傳熱物理場(chǎng)最主要的邊界是設(shè)置熱源，在視頻中的模型中，熱源為高斯面熱源，作用于計(jì)算域的上表面；固體力學(xué)物理場(chǎng)除了設(shè)置固定約束，只需在線彈性材料下添加活化并選擇熔覆層即可。最后通過熱膨脹多物理場(chǎng)將固體力學(xué)和固體傳熱完成耦合。 對(duì)于有任意掃描軌跡設(shè)置需求的同學(xué)，可以添加PDE模塊的系數(shù)形式邊偏微分方程，選擇一維路徑進(jìn)行邊界設(shè)置，并在研究中通過多步驟計(jì)算，先進(jìn)行系數(shù)形式邊偏微分方程穩(wěn)態(tài)計(jì)算，然后完成傳熱和力學(xué)瞬態(tài)計(jì)算，最終得到任意路徑下的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)。
展開 超高速激光熔覆，來點(diǎn)不一樣的......
激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經(jīng)激光輻照使之和基體表面一薄層同時(shí)熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低，與基體成冶金結(jié)合的表面涂層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法，從而達(dá)到表面改性或修復(fù)的目的，既滿足了對(duì)材料表面特定性能的要求，又節(jié)約了大量的貴重元素。
與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結(jié)合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點(diǎn)，因此激光熔覆技術(shù)應(yīng)用前景十分廣闊。
從當(dāng)前激光熔覆的應(yīng)用情況來看，其主要應(yīng)用于三個(gè)方面：
一，對(duì)材料的表面改性，如燃汽輪機(jī)葉片，軋輥，齒輪等；
二，對(duì)產(chǎn)品的表面修復(fù)，如轉(zhuǎn)子，模具等。有關(guān)資料表明，修復(fù)后的部件強(qiáng)度可達(dá)到原強(qiáng)度的90％以上，其修復(fù)費(fèi)用不到重置價(jià)格的1／5，更重要的是縮短了維修時(shí)間，解決了大型企業(yè)重大成套設(shè)備連續(xù)可靠運(yùn)行所必須解決的轉(zhuǎn)動(dòng)部件快速搶修難題。另外，對(duì)關(guān)鍵部件表面通過激光熔覆超耐磨抗蝕合金，可以在零部件表面不變形的情況下大大提高零部件的使用壽命；對(duì)模具表面進(jìn)行激光熔覆處理，不僅提高模具強(qiáng)度，還可以降低2／3的制造成本，縮短4／5的制造周期。
三，快速原型制造。利用金屬粉末的逐層燒結(jié)疊加，快速制造出模型。利用激光熔敷技術(shù)快速制造零件的技術(shù)，又稱作LENS （Laser Engineered Net Shaping） 、DLF （Direct Laser Fabrication） 、DMD （Direct Metal Deposition）、LC （Laser Consolidation） 等 。
熔覆材料：目前應(yīng)用廣泛的激光熔覆材料主要有：鎳基、鈷基、鐵基合金、碳化鎢復(fù)合材料，陶瓷等材料。其中，又以鎳基材料應(yīng)用最多，與鈷基材料相比，其價(jià)格便宜。
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