Laserauftragverfahren: Technische Analyse, Geräteinnovation und Leitfaden für industrielle Anwendungen

Zwei wichtige Prozesssysteme für das Laserauftragschweißen: Die technische Unterscheidung zwischen der Zwei-Schritt-Methode und der Ein-Schritt-Methode

Laserauftragschweißverfahren werden hauptsächlich in die zwei{0}stufige Methode (Preplacement-Methode) und die ein{1}stufige Methode (synchrone Methode) unterteilt, die sich hinsichtlich technischer Vorgehensweise, Effizienz und anwendbarer Szenarien erheblich unterscheiden. Bei der zweistufigen Methode wird zunächst das Beschichtungsmaterial auf der Werkstückoberfläche vorab aufgebracht, gefolgt vom Laserschmelzen und -formen. Es umfasst insbesondere zwei Ansätze: manuelle Vorbeschichtung und vorgeformte Bleche. Die manuelle Vorbeschichtung ist kostengünstig und flexibel einsetzbar, ihre Produktionseffizienz beträgt jedoch nur etwa 0,5㎡/h und die Toleranz der Beschichtungsdicke erreicht ±0,2mm, wodurch sie besser für die Reparatur einzelner Teile oder für Laborforschung geeignet ist. Vorgeformte Bleche werden durch Formen von Pulver mit einer kleinen Menge Bindemittel hergestellt, wodurch eine Pulverausnutzungsrate von über 90 % und eine stabile Beschichtungsqualität erreicht werden, die für die Reparatur von Präzisionsteilen mit tiefen Löchern wie Ventilkörpern mit kleinem Durchmesser geeignet ist. Die einstufige Methode realisiert eine synchrone Laserbestrahlung und Materialabgabe. Unter anderem nutzt die synchrone Pulverzuführungsmethode eine Einspritzvorrichtung, um Pulver in Echtzeit in das Schmelzbad einzuspeisen, mit einem thermischen Wirkungsgrad von über 85 % und der Möglichkeit, eine automatisierte Produktion zu erreichen. Sein Marktanteil hatte bis 2025 78 % erreicht und wurde zur Mainstream-Wahl für die Chargenverstärkung von Wellen- und Scheibenteilen. Obwohl die Methode der synchronen Drahtzuführung keinen Materialabfall und eine gute Gleichmäßigkeit der Komponenten aufweist, beträgt die Laserauslastung weniger als 60 % und die Drahtspezifikationen sind begrenzt. Derzeit wird es eher bei der Reparatur spezifischer Szenarien wie Rohrleitungsinnenwänden und hydraulischen Stützen eingesetzt.

Schlüsselmaterialien für das Laserauftragschweißen: Leistungssteigerung von Legierungspulvern und industrielle Engpässe

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Die Leistung von Verkleidungsmaterialien wirkt sich direkt auf die Beschichtungsqualität aus. In den letzten Jahren wurden erhebliche Fortschritte in der Forschung und Entwicklung von Speziallegierungspulvern erzielt, wobei sich Spezialpulver für das Hochgeschwindigkeitsplattieren besonders hervorgetan haben. Am Beispiel des Fe55-Legierungspulvers von Jingye Additive weist dieses Pulver eine Sphärizität von über 95 % und eine Porosität von weniger als 5 % auf, was an den Hochgeschwindigkeitsprozess von 10 {16}}15 m/min angepasst ist. Die Beschichtungshärte erreicht 55 HRC und die Verschleißfestigkeit ist fünfmal höher als bei herkömmlichen Pulvern. Nach 500 Stunden Salzsprühkorrosionstest tritt kein Rost auf. Es wird häufig bei der Reparatur von hydraulischen Stützen und Ölbohrrohren in Kohlebergwerken eingesetzt und verlängert die Lebensdauer von Werkstücken um das Drei- bis Fünffache. Allerdings steht die Industrie immer noch vor zwei großen Engpässen im Materialbereich: Erstens ist die Lokalisierungsrate von Speziallegierungspulvern gering, wobei die Lokalisierungsrate von Hochtemperaturlegierungspulvern (wie Inconel 718) nur 35 % beträgt und stark von Importen abhängig ist; Zweitens sind Kostenbeschränkungen offensichtlich. Der Preis für Pulver auf Kobaltbasis beträgt bis zu 800 Yuan/kg, was dem Sechsfachen von Pulvern auf Eisenbasis entspricht, was die Anwendungskosten in Szenarien mit hoher Nachfrage erheblich erhöht. Durch die Optimierung der Materialformeln und die Verbesserung des Produktionsprozesses müssen dringend Durchbrüche erzielt werden.