激光沉積焊接技術(shù)

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1、激光沉積焊接技術(shù)作者：MM《現(xiàn)代塑料》沉積焊接是與許多傳統(tǒng)的模具修復(fù)方法不同的另一種重要的方法。它早已立足歐洲，現(xiàn)在又開(kāi)始為其他地區(qū)的模具工廠所接受。激光沉積焊接技術(shù)開(kāi)始在模具修改和修復(fù)領(lǐng)域找到其用武之地。典型的用途是用于采用冷加工鋼制造的注塑模具的修復(fù)，這種模具由于加工玻璃纖維增強(qiáng)的材料而導(dǎo)致嚴(yán)重磨損。磨損區(qū)域可以用激光沉積焊接來(lái)填充裂紋，所用焊絲的直徑為0.4mm。修復(fù)之后，模具和插件的使用壽命至少與全新的部件相當(dāng)。焊接沉積物的高度大約為0.5mm，硬度為洛氏硬度52度。硬度達(dá)到洛氏硬度60度也是可能的。例如，一個(gè)成功的用戶便是

2、TechGroup公司，他們目前正采用激光沉積焊接法來(lái)修復(fù)模具。GrandRapids工廠有58名雇員，使用30臺(tái)28～250t的注塑機(jī)，專(zhuān)門(mén)從事醫(yī)療器械的生產(chǎn)。這些器械包括用于開(kāi)胸心臟手術(shù)、微創(chuàng)手術(shù)和兒科手術(shù)，器械通常都是小型、精密、不耐用的產(chǎn)品。整個(gè)車(chē)間是在100,000級(jí)清潔廠房的條件下進(jìn)行操作的。該工廠包括一個(gè)工具車(chē)間，有4名全職的模具制作工。因?yàn)槭巧a(chǎn)醫(yī)療器械的，制造模具所用的工具合金鋼必須完全不含鈹。采用激光沉積焊接技術(shù)的好處是這種工藝除了適用于不銹鋼、標(biāo)準(zhǔn)工具鋼和鋁之外，也適用于無(wú)鈹合金鋼。據(jù)DavidGuth-rie

3、說(shuō)，TechGroup公司的模具工80～90％工作量都是做小的零部件，比如滑塊上的塞子和模心銷(xiāo)釘。以前，該公司的激光焊接工作都是外包給別的公司干，但是為了節(jié)省時(shí)間和成本，也為了減少麻煩，現(xiàn)在公司把設(shè)備買(mǎi)回來(lái)了。根據(jù)該公司的報(bào)告，他們自己有了設(shè)備之后，以前需要好幾天才能完成的模具工程修改和修復(fù)工作，現(xiàn)在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)就可完成了。一個(gè)模具零件在進(jìn)行焊接修復(fù)之后，要返回工具車(chē)間進(jìn)行最后的機(jī)加工，然后再裝回到的模具上去。一般只有損壞的零件才需要從模具上拆下來(lái)進(jìn)行修復(fù)，因此模具仍可留在注塑機(jī)上。激光束和焊絲TechGroup所使用的由Rofin-

4、Sinar公司制造的StarWeld焊接機(jī)是一臺(tái)使用絲狀填充材料的激光沉積焊機(jī)。它采用在I類(lèi)激光殼體里產(chǎn)生的脈沖Nd:YAG焊接激光，帶電動(dòng)x-y-z工作臺(tái)和立體顯微鏡。模具的缺陷用激光束和絲狀填充材料來(lái)填補(bǔ)。焊絲是自動(dòng)導(dǎo)入的，以便激光束使焊絲和工件的表面同時(shí)熔化。所需沉積物的總高度是通過(guò)多層焊接的方法來(lái)達(dá)到的。焊接完畢，模具部件再加工成最終尺寸。與氬弧焊或者微等離子體焊接相比較，本方法的優(yōu)點(diǎn)是加熱和冷卻速度快，并且熔化區(qū)域小?；乃艿降臒嵝?yīng)極小，從而大大減少了變形、弱化和產(chǎn)生裂縫的危險(xiǎn)。此外，通過(guò)生成細(xì)顆粒的結(jié)構(gòu)或者使用具有不

5、同合金特性的填充材料，可以獲得特性更好的沉積層。因?yàn)楹附z的直徑可以細(xì)至100微米，所以可以得到細(xì)小得多顆粒結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)工作一般用鎢極惰性氣體保護(hù)焊或者微等離子體焊接方法進(jìn)行焊接。另外，對(duì)于模具修理來(lái)說(shuō)，在需要低的內(nèi)聚力時(shí)，適于采用粉狀電阻粘結(jié)料。市場(chǎng)上相對(duì)較新技術(shù)是采用高功率（2～4kW）CO2和YAG激光的直接金屬沉積焊（DMD）。用激光進(jìn)行沉積焊與其它三種方法相比較具有一些優(yōu)點(diǎn)。激光束可以聚焦得非常細(xì)，因此對(duì)工件和填充金屬（焊絲）的加熱區(qū)域非常精確。工件的加熱程度可以減少，其結(jié)果是變形較小。機(jī)加工的工作量減少至最小。此外，硬度可以

6、達(dá)到洛氏硬度60度，不過(guò)這還取決于基材的種類(lèi)。激光硬件StarWeld激光焊接機(jī)有兩個(gè)大的滑動(dòng)門(mén)，門(mén)洞為800mm。重達(dá)350kg、體積125L的工件可以用叉車(chē)從前面或者用吊車(chē)從上面放到機(jī)器里?；瑒?dòng)門(mén)和側(cè)蓋板都可以取下來(lái)，以便可以把更大的工件放進(jìn)機(jī)器里去。“StarWeld”激光焊接機(jī)可用于點(diǎn)焊和縫焊高合金鋼、銅、金、銀、鉑和鈦的各種組合合金。其輸出功率在20~500W之間操作者可以用手動(dòng)的方法喂焊絲，并通過(guò)在符合人體工程學(xué)的位置設(shè)置的袖孔來(lái)操作操縱桿。工件的位置在一個(gè)x-y工作臺(tái)上進(jìn)行調(diào)整。工件借助于立體顯微鏡和操縱桿進(jìn)行精確定位

7、。操縱桿是比例控制的（操縱桿運(yùn)動(dòng)的程度決定著軸的速度）。當(dāng)操縱桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，z-軸就橫向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)顯微鏡里的圖像最清晰時(shí)，焊接區(qū)域就到達(dá)正確位置了。所設(shè)定的激光參數(shù)被輸入到立體顯微鏡里。利用操縱桿可以呼出多達(dá)50組預(yù)先編程和記錄的參數(shù)。操作者可以在眼睛不離開(kāi)顯微鏡、手不離開(kāi)工件護(hù)欄的情況下，隨時(shí)檢查和修改這些參數(shù)。激光裝置的所有功能，例如激光脈沖、快門(mén)控制、功率單元控制、溫度控制、聚焦、保安電路、數(shù)據(jù)記錄的儲(chǔ)存以及常規(guī)診斷和測(cè)試等，都是由高性能微處理器完成的。機(jī)器上裝有一個(gè)薄膜鍵盤(pán)，用于輸入各種數(shù)據(jù)。電容器箱的電壓值、脈沖頻率、脈沖寬度、

8、脈沖能量、每厘米的脈沖能量（與焊接有關(guān)的表面能量）、脈沖形狀、文本信息、以及其他數(shù)據(jù)都可以在屏幕上顯示出來(lái)。激光束的光源是Nd:YAG激光，其平均功率為100W。根據(jù)材質(zhì)不同，沉積焊接所需的脈沖時(shí)間在2至10毫秒之間。脈沖功率達(dá)500