Лазерная наплавка (LC)

Лазерная наплавка (LC) — передовой процесс модификации поверхности и аддитивного производства, при котором лазерный луч расплавляет присадочный материал и тонкий поверхностный слой основы, создавая прочную металлургическую связь.

Принцип работы

• Формирование луча: мощный диодный, волоконный или CO₂-лазер создаёт сфокусированный луч.
• Образование ванны расплава: лазерный луч направляется на поверхность детали, мгновенно формируя локальную ванну расплава в материале основы.
• Подача материала: присадочный материал непрерывно подаётся в зону воздействия лазера через специальное сопло. Используется металлический порошок, переносимый потоком инертного газа, или металлическая проволока.
• Плавление и сплавление: присадочный материал плавится и смешивается с материалом основы в ванне расплава.
• Затвердевание: по мере перемещения лазерной головки расплавленный металл быстро охлаждается, формируя плотный наплавленный валик.
• Формирование слоя: последовательные валики с перекрытием образуют сплошное износостойкое или восстановительное покрытие.

Преимущества лазерной наплавки

• Металлургическая связь: в отличие от напыления APS, FS и HVOF, при котором связь с основой преимущественно механическая, лазерная наплавка обеспечивает сплавление материалов и исключительно высокую стойкость к отслаиванию.
• Минимальное разбавление материалом основы: доля материала основы в наплавленном слое составляет всего 3–5 %. Это позволяет сохранять свойства присадочного материала уже с первого слоя.
• Минимальная зона термического влияния (ЗТВ): локальный лазерный нагрев снижает коробление, деформации и структурные изменения в детали.
• Исключительно высокая плотность: наплавленный металл практически не имеет пор — пористость обычно составляет менее 0,1 %.
• Экономия материала: точное позиционирование луча позволяет минимизировать припуск на последующую механическую обработку.

Недостатки и ограничения

• Высокие первоначальные затраты: лазерные системы, роботизированные манипуляторы и оптические технологические головки требуют значительных капитальных вложений.
• Риск образования трещин: чрезвычайно быстрое охлаждение может вызывать трещины в твёрдых и хрупких сплавах, особенно с высоким содержанием карбидов. Поэтому может потребоваться предварительный подогрев.
• Производительность при наплавке больших объёмов: при формировании толстых слоёв и объёмных элементов скорость нанесения ниже, чем при традиционной электродуговой наплавке, однако качество выше.
• Требования безопасности: для защиты от опасного лазерного излучения необходимы специальные защитные ограждения.

Области применения

• Ремонт и восстановление: восстановление изношенных шеек коленчатых валов, роторов турбин, шлицев, опорных и посадочных поверхностей.
• Тяжёлое машиностроение: защита штоков гидроцилиндров горнодобывающего и бурового оборудования от коррозии и задиров.
• Энергетика: нанесение жаростойких и эрозионностойких сплавов типа «Стеллит» на уплотнительные поверхности клапанов и задвижек.
• 3D-печать (DED): изготовление сложных металлических деталей с нуля методом послойного прямого энергетического осаждения.