Lasersko navarivanje
Lasersko navarivanje je tehnologija dodavanja jednog materijala na površinu drugog, ubrizgavanjem mlaza metalnog praha (ili dodavanjem metalne žice) u mikro krater rastopljenog materijala, koji je generisan laserskim zrakom kojim se prelazi preko ciljne površine, nanoseći premaz odabranog materijala.
Tehnologija
Tehnologija LASERSKOG NAVARIVANJA ima mnogo naziva, tako da se njene varijante i podprocesi mogu klasifikovati na sledeći način:
Tehnologija Laserskog navarivanja je proces zavarivanja i nadogradnje, koja je komplementarna tehnologija nanosa materijala u odnosu na tradicionalne procese navarivanja, poput onih zasnovanih na tehnikama termalnog prskanja praha tzv. “metalizacija” (HVOF – metalizacija praha uduvavanjem kiseonika velikim brzinama, HVAF – metalizacija praha uduvavanjem vazduha velikim brzinama), kao i na tehnikama navarivanja električnim lukom (npr. GTAW – navarivanje volframovim lukom u zaštićenoj gasnoj atmosferi, PAW – navarivanje plazma lukom, PTA – navarivanje plazma prenosivim lukom, GMAW – navarivanje metalnim lukom u zaštićenom gasu, SAW – tj. EPP / Elektrolučno navarivanje Pod Praškom u zaštićenoj atmosferi dodavanjem žice, itd.).
Glavni nedostaci tehnika elektrolučnog zavarivanja (eng., Arc Welding) su veliki unos toplote u deo i, u zavisnosti od pojedinosti, relativno visoko razblaživanje obloženog materijala (tj. neželjeno mešanje osnovnog materijala u obloženi sloj).
Unos toplote u deo može izazvati mehaničko izobličenje površine radnog dela, a što zahteva dodatnu mašinsku post-obradu nakon procesa navarivanja.
U tehnikama termalnog prskanja praha tzv. metalizacije (eng., “Thermal Spraying / TS”), material koji se nanosi, u obliku praha, se topi plamenom ili pod dejstvom struje, a zatim se raspršuje na radni komad. U većini slučajeva, ovo je proces niske toplote, obično <200°C.
Primarna prednost svih tehnika metalizacije termalnim prskanjem je mali unos toplote u deo, što znači da nema zone uticaja toplote (HAZ) i da se ostvaruje minimalno mešanje nanetog sa osnovim materijalom.
Najveći nedostatak metalizacije termalnim prskanjem, je taj što se ostvaruje mehanička veza između obloženog sloja i materijala podloge, a ne metalurška veza.
Ovo može dovesti do problema sa prianjanjem i slabom otpornošću na habanje, posebno sa preciznim opterećenjem fokusiranim u jednu tačku.
Takođe, prevlake nanete ovim postupkom termalne metalizacije su obično mnogo jače na kompresiju nego na zatezanje i često pokazuju određeni nivo poroznosti.
Lasersko navarivanje tipično proizvodi visokokvalitetnu prevlaku koji ima izuzetno nizak procenat mešanja nanetog sa osnovnim materijalom, nisku poroznost i dobru uniformnost površine radnog dela.
Prednosti tehnologije laserskog navarivanja:
- Visokokvalitetna prevlaka sa veoma niskom razmerom mešanja nanetog i osnovnog sloja radnog dela (<3%).
- Niska poroznost i dobra uniformnost površine.
- Minimalan unos toplote, što eliminiše deformacije i smanjuje potrebu za dodatnom mašinskom post-obradom.
- Očuvanje legirajućih elemenata i osnovnog materijala.
- Brzo hlađenje prevlake nanete laserom, stvara finu zrnastu strukturu u prevlaci, što poboljšava otpornost na koroziju.
Tehničke prednosti u odnosu na druge tehnike:
- Niske stope razmere mešanja (<3%).
- Manja potrošnja dodatnog materijala.
- Veća tvrdoća.
- Mala zona zahvaćena toplotom (HAZ).
- Snažna metalurška veza u poređenju s mehaničkom vezom kod AW i TS tehnika.
Poslovne prednosti:
- Pruža dodatnu zaštitu radnih delova, produžavajući njihov vek trajanja i do pet puta.
- Proces je brz, precizan i lako se automatizuje, čime se povećava proizvodnja i smanjuje vreme obrade.
- Jednostavna implementacija nakon validacije zbog dokazanih prednosti.
Prednosti za korisnike tehnologije laserskog navarivanja:
- Izrada novih delova sa dužim vekom trajanja za elemente izložene habanju i abraziji.
- Obnova istrošenih delova uz delić troškova zamene.
- Ušteda u troškovima održavanja kroz obnovu na licu mesta.
- Prevlaka se nanosi samo na potrebna područja, čime se izbegava nepotrebno prekrivanje cele komponente.
- Smanjeno vreme zastoja i održavanja, što povećava efikasnost rada.
Najčešći materijali koji se koriste pri laserskom navarivanju, su legure na bazi nikla i legure na bazi gvožđa sa hromom sa preovlađujućim legirajućim elementom, a koje se koriste za poboljšanje podloge dela na otpornost na habanje i visoko opterećenje pri abraziji.
Legure metala (na bazi) | Primena |
KOBALT | Otpornost na habanje i koroziju |
BAKAR | Obnova istrošenih delova mašine |
GVOŽĐE – HROM | Otpornost na abraziju, trenje |
MANGAN – ČELIK | Otpornost na habanje |
NIKL | Otpornost na habanje između dva metala |
ALATNI ČELIK | Za izradu alata, otpornost na habanje |
VOLFRAM KARBID | Otpornost na abraziju, trenje |
Prednosti korišćenja tehnologije laserskog navarivanja u odnosu na metode navarivanja bez lasera:
- Metalurško vezivanje malim razblaživanjem
- Mali ulazni udar i mala izobličenja u poređenju sa bilo kojim drugim procesom zavarivanja
- Visoka efikasnost taloženja i različite kombinacije tačaka taloženja
- Potrebno je manje naknadne obrade, ako postoji, na obrađenom delu
- Mogu se tretirati složeni oblici komponenti
- Lokalizovana obrada na maloj površini, za razliku od prskanja plazma
- Visoka kontrola procesa i ponovljivost
- Multifunkcionalnost u površinskim tehnologijama – velika brzina, velika snaga, proizvodnja aditiva, kaljenje, legiranje i tretman unutrašnjih napona