الكسوة بالليزر تم تطويرها في الصين منذ ما يقرب من عشر سنوات وهي تقنية متقدمة نسبيًا لتعديل الأسطح المعدنية. تقنية الكسوة بالليزر هي طريقة تستخدم أشعة الليزر عالية الكثافة من الطاقة لدمج مادة الكسوة (مسحوق معدني) بطبقة رقيقة على سطح الركيزة لتكوين طبقة كسوة مترابطة معدنيًا على سطح الركيزة. تتميز طبقة الكسوة بالليزر بتخفيف منخفض ولكن قوة ربط قوية ويتم ربطها معدنيًا بالركيزة، مما يمكن أن يحسن بشكل كبير مقاومة التآكل أو مقاومة التآكل أو مقاومة الحرارة أو مقاومة الأكسدة أو الخواص الكهربائية لسطح مادة الركيزة.
يمكن تقسيم الكسوة بالليزر إلى تغذية مسحوق ذات محور جانبي، وتغذية مسحوق محيطي محوري، وتغذية مسحوق مركزية وفقًا لطريقة عمل الليزر ومسحوق الكسوة (أي طريقة التغذية). تحدد أوضاع تغذية المسحوق الثلاثة هذه العلاقة بين الليزر ومسحوق المعدن. الاختلافات في عملية التفاعل. علاوة على ذلك، من حيث التكرار التكنولوجي والتقدم، يمكن تقسيم الكسوة بالليزر إلى كسوة ليزر تقليدية وتكسية ليزر عالية السرعة. تم تطوير الكسوة الليزرية عالية السرعة على أساس الكسوة الليزرية التقليدية، والتي تحل مشاكل انخفاض كفاءة المعالجة، والمدخلات الحرارية الكبيرة وطبقة الكسوة غير المستوية، والحجم الكبير بعد المعالجة للكسوة الليزرية التقليدية. إن طرق تغذية المسحوق التقليدية للكسوة بالليزر هي تغذية المسحوق بالمحور الجانبي وتغذية المسحوق المحوري. لقد طورت تقنية الكسوة بالليزر عالية السرعة طريقة جديدة لتغذية المسحوق تعتمد على تقنية تغذية المسحوق المحورية الأصلية، وهي تغذية المسحوق المركزية. بالمقارنة مع الطريقتين الأوليين، فإن طريقة المسحوق لديها كفاءة أعلى ومعدل استخدام مسحوق أعلى، مما يحل العيوب الفنية لطرق تغذية المسحوق الجانبية والمحورية التقليدية. يركز ما يلي بشكل أساسي على تقنية الكسوة الليزرية ذات التغذية المسحوقية ذات المحور الجانبي وتقنية الكسوة الليزرية ذات التغذية المسحوقية المحورية. دعونا نتحدث عن الاختلافات والمزايا والعيوب بين هاتين التقنيتين.

1. تكنولوجيا الكسوة بالليزر لتغذية مسحوق المحور الجانبي

تُسمى تقنية تغذية المسحوق بالمحور الجانبي أيضًا بتقنية الكسوة الليزرية لتغذية المسحوق الجانبي. إنها تشير إلى طريقة تغذية المسحوق حيث يتم فصل جهاز نقل المسحوق وشعاع الليزر واستقلالهما عن بعضهما البعض. بشكل عام، يتم استخدام أنبوب تغذية المسحوق الخارجي. يقع أنبوب تغذية المسحوق أمام اتجاه المعالجة بالليزر. يتم تجميع المسحوق المعدني على سطح الركيزة مسبقًا تحت تأثير الجاذبية، ثم يقوم شعاع الليزر الخلفي بمسح المسحوق المودع مسبقًا لإكمال عملية الكسوة بالليزر.

في الإنتاج الفعلي، فإن فوهة المسحوق الخاصة بوحدة تغذية المسحوق ورأس الليزر لها مواضع وزوايا ثابتة نسبيًا. في الوقت نفسه، تعتمد الكسوة بالليزر ذات المحور الجانبي بشكل كامل على تأثير الجاذبية، ولا يمكن تطبيق الغاز الوقائي لمنع مسحوق الكسوة المُعد مسبقًا على الركيزة من أن يتطاير، مما يقلل من استخدام المسحوق وكفاءة الكسوة. يستخدم ليزر تغذية المسحوق ذو محور المدى بشكل عام ليزر أشباه الموصلات ذو الإخراج المباشر أو ليزر إخراج ألياف أشباه الموصلات ووحدة تغذية مسحوق الجاذبية. يعتمد رأس الكسوة على بقعة ضوء مستطيلة وحل تغذية مسحوق واسع النطاق لمحور النطاق.

<1> عيوب تقنية تغذية المسحوق بالعمود الجانبي

1. اختيار مسحوق المعدن محدود
ونظرًا لنقص الغاز الوقائي، لا يمكن لحوض السباحة المنصهر بالليزر الاعتماد إلا على الخبث عندما يذوب مسحوق الكسوة لحماية نفسه. لذلك، في الإنتاج الصناعي الحالي، تستخدم أنظمة تغذية المسحوق ذات العمود الجانبي في الغالب مسحوق سبائك ذاتي التدفق. يعتمد مسحوق الكسوة على تأثير الخبث لعناصر مثل B وSi لإنتاج حماية ذاتية على سطح البركة المنصهرة.
2. سطح طبقة الكسوة لديه تقلبات كبيرة
تعتمد تغذية المسحوق ذات المحور الجانبي طريقة تغذية المسحوق المعدة مسبقًا. بعد الكسوة تكون القنوات الذائبة الموجودة على سطح طبقة الكسوة واضحة جداً وتكون الأخاديد كبيرة وغير مستوية. بعد اكتمال الكسوة، يلزم الخراطة والتلميع والطحن المقابل، وتكون تكلفة المعالجة مرتفعة.
3. سطح المعالجة مقيد
بما أن تغذية المسحوق بالمحور الجانبي هي تغذية بالجاذبية، فهي غير مناسبة للاستخدام على قطع العمل المائلة، كما أنها ليست مناسبة لتكسية الفتحات الداخلية، كما أن نطاق تطبيقها محدود.
â € <
<2> مزايا تكنولوجيا تغذية المسحوق بالعمود الجانبي

1. معدل استخدام عالي لمسحوق المعدن
بالمقارنة مع تغذية المسحوق المحوري، فإن معدل استخدام المواد لتقنية الكسوة الليزرية لتغذية المسحوق ذات المحور الجانبي يمكن أن يصل إلى أكثر من 95%. يتم نفخ مسحوق تكنولوجيا الكسوة بالليزر لتغذية المسحوق المحوري في حوض الليزر المنصهر من خلال غاز خامل. خلال هذه العملية، بسبب الاصطدام بين المساحيق، وتناثر المجمع المنصهر ودقة قناة تغذية المسحوق، لا يمكن تشكيل نسبة كبيرة من المسحوق المعدني. يتم تشكيل طبقة الكسوة وإهدارها، مما يتسبب في انخفاض معدل استخدام المواد فقط حوالي 50%-80% (كلما كانت البقعة أصغر، انخفض معدل استخدام المواد). يمكن للكسوة الليزرية ذات التغذية المسحوقية ذات المحور الجانبي تحقيق معدل استخدام عالي جدًا للمواد وتوفير الكثير من تكاليف المواد عن طريق وضع المسحوق مسبقًا على سطح قطعة العمل ثم مسح شعاع الليزر وتشعيعه لإذابته.
2. كفاءة الكسوة عالية نسبيا
نظرًا لأن تقنية الكسوة الليزرية ذات التغذية المسحوقية ذات المحور الجانبي تتبنى مخططًا مستطيلًا للبقعة، مع ضمان بقاء كثافة طاقة البقعة في اتجاه الكسوة دون تغيير، يمكن زيادة قوة الليزر وعرض البقعة، مما يحسن بشكل كبير من كفاءة الكسوة. في الوقت الحاضر، في الإنتاج الفعلي، يمكن أن يصل عرض الممر الواحد للكسوة إلى أكثر من 30 مم، ويمكن أن تصل سرعة خط الكسوة إلى 1.0 م / ساعة.
3. لا يوجد استهلاك للغاز الخامل وتكلفة منخفضة
من ناحية، تستخدم تقنية الكسوة بالليزر لتغذية مسحوق المحور الجانبي بشكل عام تغذية مسحوق الجاذبية، والتي لا تتطلب استهلاك غاز خامل؛ من ناحية أخرى، بسبب استخدام تغذية المسحوق المحددة مسبقًا، سيؤثر تدفق الهواء على الإعداد المسبق وتراكم المسحوق، وبالتالي فإن رأس الكسوة لا يتمتع بوظيفة حماية الغاز الخامل المتخصصة. ولذلك، فإن تقنية الكسوة بالليزر ذات التغذية المسحوقية للمحور الجانبي لا تحتاج إلى استهلاك غازات أخرى باستثناء الهواء المضغوط. ومن منظور التكلفة، فإنه يوفر المزيد من تكاليف الغاز الخامل؛ ومن الناحية الفنية، فإن لهذه التكنولوجيا متطلبات معينة لمقاومة الأكسدة للمواد المسحوقة، مما يحد من مجالات تطبيقها.
4. نطاق التطبيق
نظرًا لكفاءتها العالية وتكلفتها المنخفضة، تُستخدم تقنية الكسوة بالليزر ذات التغذية المسحوقية ذات المحور الجانبي بشكل عام في تكسية الأسطح وإعادة التصنيع الإضافي للأجزاء ذات المساحات الكبيرة والأشكال البسيطة مثل الأسطوانات والبكرات الهيدروليكية.

2. تكنولوجيا الكسوة بالليزر لتغذية المسحوق المحوري

تقنية التغذية بالمسحوق المحوري تعني أن الليزر (نقطة الضوء الدائرية) يخرج من مركز رأس الكسوة، ويتم توزيع المسحوق المعدني في حلقة أو أشعة متعددة حول الليزر. رأس الكسوة مزود بقنوات غازية وقائية خاصة، وقنوات مسحوق معدني، وقنوات مياه تبريد. أثناء أعمال الكسوة، تتقاطع حزم متعددة من مسحوق المعدن والليزر عند نقطة خارج رأس الكسوة. بالنسبة لتكسية الليزر التقليدية، يتم تعيين نقطة التقاطع بشكل عام فوق حوض الليزر المنصهر، أي أن الليزر ومسحوق المعدن يتفاعلان على سطح الركيزة، ويذوب المسحوق المعدني والركيزة تحت تأثير الليزر في نفس الوقت تشكيل طبقة الكسوة على سطح قطعة العمل.

عندما يتم تطبيق هذه التقنية على الكسوة بالليزر عالي السرعة، يجب أن تكون نقطة تقاطع المسحوق المعدني والليزر موجودة في المساحة الموجودة فوق سطح قطعة العمل. أي أن المسحوق المعدني يسقط في البركة المنصهرة على سطح قطعة العمل بعد امتصاص طاقة الليزر بالكامل ويصبح في حالة منصهرة أو شبه منصهرة. يتم تشكيل طبقة كسوة كثيفة وناعمة على سطح الركيزة. تستخدم أجهزة الليزر المغذية للمسحوق المحوري عمومًا ليزر إخراج ألياف أشباه الموصلات أو ليزر الألياف، وتستخدم مغذيات المسحوق مغذيات مسحوق محمولة جواً من النوع القرصي.

<1> عيوب تكنولوجيا تغذية المسحوق المحوري

1. انخفاض معدل استخدام مسحوق المعدن
تستخدم تقنية الكسوة بالليزر لتغذية المسحوق المحوري تغذية المسحوق الهوائي. يساعد الغاز الخامل في إخراج مسحوق المعدن ويتم نفخه في حوض الليزر المنصهر. الاصطدامات بين المساحيق المعدنية تحت تأثير الغاز، والتناثر في البركة المنصهرة، ونسبة كبيرة من المسحوق المعدني لا يمكنها امتصاص ذوبان الليزر ويتم إهدارها. لذلك، في التطبيقات العملية، معدل استخدام المسحوق هو فقط حوالي 50%-70%، وكلما زادت سرعة إخراج المسحوق، انخفض معدل استخدام المسحوق.
2. من السهل منع المسحوق وتكلفة الصيانة العالية
في نظام تغذية المسحوق الحلقي أو نظام المسحوق متعدد الحزم، تكون قناة تغذية المسحوق ضيقة، ويجب تقسيم المسحوق بالتساوي. بسبب الجاذبية أو تأثير تقلبات تدفق الهواء، سيحدث توزيع غير متساوي للمسحوق، وسيتم حظر قناة مخرج المسحوق بسهولة، مما يؤثر على استمرارية عمليات الإنتاج. في الحالات الشديدة، يجب استبدال الفوهة، وتكون تكلفة الصيانة مرتفعة.
3. ضعف السلامة والاستقرار
يستخدم رأس الكسوة المحورية لتغذية المسحوق ليزر الإخراج المركزي. إن مسار المسحوق المحيط، ومسار الغاز، وهيكل مسار المياه معقد. تأثير التبريد لرأس الكسوة ضعيف. ستكون درجة حرارة رأس الكسوة مرتفعة جدًا عند العمل لفترة طويلة، مما سيؤدي إلى التصاق المسحوق المتناثر.

<2> مزايا تكنولوجيا تغذية المسحوق المحورية

1. سطح الكسوة أملس نسبياً
بالمقارنة مع تغذية المسحوق بالعمود الجانبي، فإن سطح تغذية المسحوق المحوري يكون مسطحًا نسبيًا، وعملية ما بعد المعالجة بسيطة، وحجم المعالجة صغير.
2. تصميم متكامل لتغذية المسحوق والليزر، درجة عالية من الحرية وسهولة تكامل الأتمتة
تغذية المسحوق المحوري هي تغذية مسحوق هوائية، والتي يمكنها الحصول على طبقات تكسية بنفس الجودة بزوايا مختلفة وفي أي اتجاه. وبما أنه يمكن الانتقال إلى أي مخطط أثناء الكسوة، فيمكنه الحصول على طبقات الكسوة بنفس المظهر ونفس الجودة، لذلك لا توجد قيود على اتجاه الطلاء. باستخدام الروبوتات الصناعية أو الآلات الآلية متعددة المحاور، يمكن تنفيذ تكسية الأسطح للأجزاء من أي شكل أو شكل. يمكن استخدامه أيضًا لتغذية مسحوق الليزر المحوري بالطباعة ثلاثية الأبعاد.
3. تأثير حماية الغاز الخامل للمسبح المنصهر جيد
تعتمد تغذية المسحوق المحوري طريقة تغذية المسحوق المحمولة جواً، ويتم توفير قناة تدفق غاز خامل خاصة على رأس الكسوة. أثناء عملية الكسوة، يكون المسبح المنصهر دائمًا في جو جيد من الغاز الخامل، مما يقلل بشكل كبير من أكسدة البركة المنصهرة وطبقة الكسوة. ، يوجد عدد أقل من شوائب الأكسيد في طبقة الكسوة، والمسبح المنصهر صغير، ويتم تسخين المسحوق بالتساوي، وتتمتع طبقة الكسوة بمقاومة جيدة للتشقق.
4. المجمع المنصهر صغير، ويتم تسخين المسحوق بالتساوي، وطبقة الكسوة لديها مقاومة جيدة للتشقق.
يبلغ حجم البقعة للكسوة الليزرية ذات التغذية المسحوقية المحورية بشكل عام Φ1-Φ5mm. يكون المسحوق والشعاع على اتصال موحد، ويكون نقل الحرارة أثناء عملية الكسوة أكثر تجانسًا، وبالتالي فإن طبقة الكسوة تتمتع بمقاومة جيدة للتشقق. خاصة بالنسبة لتكسية المواد التي تحتوي على جزيئات السيراميك مثل كربيد التنغستن، فهي مناسبة لتحضير طلاء بدون شقوق وكربيد التنغستن الموزع بالتساوي.
5. اختراق صغير وإدخال حرارة منخفضة
نظرًا لقطر البقعة الصغير والسرعة الخطية العالية للكسوة للكسوة الليزرية ذات التغذية بالمسحوق المحوري، مقارنةً بكسوة الليزر ذات التغذية بالمسحوق الجانبي الواسع واللحام القوسي، فإن مدخلات حرارة الكسوة منخفضة، مع معدل تخفيف معتدل وتأثير حراري أصغر. عمق المنطقة، أداء ممتاز للكسوة، وتأثير بسيط على خصائص المادة الأساسية.
6. نطاق التطبيق
نظرًا للخصائص المذكورة أعلاه لتقنية الكسوة بالليزر ذات التغذية المسحوقية المحورية، يتم استخدامها عادةً في تعديل الكسوة السطحية وإعادة التصنيع الإضافي للأجزاء عالية الدقة والأجزاء ذات الشكل المعقد مثل المغزل والتروس والصناديق. في الوقت نفسه، تُستخدم الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد المستندة إلى تقنية الكسوة الليزرية ذات التغذية المسحوقية المحورية بشكل أساسي في التشكيل القريب للأجزاء الكبيرة وإعداد المواد المتدرجة.