Laser cladding process on a brake disc by Laserline diode lasers


レーザクラッディング

レーザー金属蒸着(LMD)は、時にはガルバニックコーティングの耐久性をも凌駕する寿命を持つ高品質のクラッディングとコーティングを生成する。

複雑な構造物の表面保護と建設

ダイオードレーザは、あらゆる種類の溶着溶接に理想的なツールです。その基本的な利点には、高い柔軟性と短い加工時間、加工されたワークピースの低い歪み、優れた接着性を持つ微細なコーティングが含まれます。表面は非常に硬く、再加工はほとんど必要ありません。追加層を必要とする理由は様々です。金属ワークピースの大きな応力がかかる表面を摩耗や腐食から保護したり、高品質のコンポーネントを修理したりするあらゆるコーティングは、複雑な構造のジェネレーティブな製造と同様に、レーザーで非常に効果的に行うことができます。

レーザー金属蒸着

産業分野におけるダイオードレーザーの最も重要な産業用途の1つは、レーザークラッディングです。これは、非常に高品質のレーザーコーティングを製造または修復するための確立されたプロセスです。ダイオードレーザ肉盛溶接によって精製された部品は、重工業から自動車製造や農業まで、幅広い分野で使用されています。

レーザー金属析出溶接では、レーザービームがワークピース表面に溶融プールを形成し、コーティング材料がここに供給されると同時にレーザーによって溶融される。ワイヤーまたは粉末として供給された追加材料は、レーザーで溶融された後、基材上に層を形成する。反応時間が短いため、わずかな歪みが生じるだけで、冷却は素早く行われる。その結果、基材に冶金的に結合した層が形成される。溶射で作られる皮膜よりも耐久性に優れ、硬質クロムメッキとは異なり健康にも無害です。

目的:ウェアの保護

この処置のもう一つの動機は、摩耗から表面を保護することである。レーザー肉盛溶接は、溶射と競合しています。レーザー肉盛溶接は、母材と追加層の間に金属学的結合を形成するため、純粋に機械的な溶射プロセスよりもはるかに長い耐用年数を実現します。材料は、タングステンカーバイドを含むNi基合金(In 625)であることが多い。タングステンカーバイドは、適用される層の60重量パーセントに達することがあります。

目的:耐食性

レーザーコーティングは、追加層によるクリープ腐食や隙間腐食の防止に非常に適している。この目的のために、ステンレス鋼やニッケル合金が低合金鋼に適用されます。ダイオード・レーザーがエネルギー源として使用される場合、材料の混合は通常5%未満のレベルである。その結果、良好な腐食保護には約1 mmの1層で十分ですが、代替プロセスや従来のプロセスでは2層が必要です。

レーザー金属蒸着 - 用途と実例

レーザークラッディングとして知られるレーザ金属溶着溶接(LMD)について、弊社アプリケーションセンターの事例を交えてご紹介します。レーザークラッディングに関する事例や詳細情報を含む完全なウェブキャストは、 LIVELINEメディアライブラリでもご覧いただけます。

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コンポーネントの修理

初期コーティングに加えて、補修溶接もワイヤーまたはレーザー粉末析出溶接の形で実施される。古いコーティングを除去し、ワークピースの表面をクリーニングした後、非常に安定した新しいコーティングを生成することができます。磨耗や腐食保護とは異なり、通常、磨耗した表面や破損した部品、その他の部品の損傷を補修するために、同じ材料が母材に塗布される。問題の材料が溶接可能である限り、実質的に制限はありません。

ジェネレーティブ・マニュファクチャリング

レーザー肉盛溶接の最後の主要分野は、部品の生成であり、しばしば積層造形(AM)または3Dプリンティングと呼ばれる。ここでも、同じ材料の層が適用される。その結果、混合を個別に考慮する必要はない。加工システムが適切にプログラムされていれば、層ごとに複雑な構造の部品を生成することもできる。ステンレス鋼に加え、アルミニウム、チタン、超合金も、航空機のタービン、胴体、主翼に使用されるため、ますます使用されるようになっている。

Oil and gas platform on the ocean by Laserline diode lasers

石油・ガス産業におけるダイオードレーザー

油田やガス田の掘削には、高性能の掘削工具が必要です。これらの工具は大きなストレスにさらされており、摩耗保護なしでは長寿命には至りません。そのため、ダイオードレーザクラッディングによる特殊コーティングが標準となっています。レーザーラインのLDMとLDFダイオードレーザは、この点で優れた結果を達成しています。

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パウダーまたはワイヤーによるレイヤービルドアップ


レーザー粉末クラッディング

レーザービームは、金属加工物と塗布された粉末をつなぎます。様々な鋼、鋳鉄、銅、アルミニウム、ニッケル基合金、コバルト基合金を母材として使用できます。層は、鉄基合金(低合金鋼、工具鋼、ステンレス鋼)、インコネル(625、718、738)などのニッケル基合金、ステライトなどのコバルト基合金、高温合金、アルミニウム合金、チタン合金、炭化物を含む材料から形成され、さらなる摩耗保護を提供する。決定的な要因は、同軸粉末ノズルの使用を可能にするために、一般的な粒径40-120 µmの粉末状の充填材が入手可能であることです。レーザーライン社のLDMとLDFダイオードレーザは、金属粉末の溶融に優れた結果をもたらします:優れた密着性、高精度、事実上ポロシティがなく、高い硬度と最小限の変形で限定されたクラック。ほとんどの場合、混合から生じる表面は、それ以上の機械加工を必要としません。一方、プラズマ粉末析出溶接のような従来のハードフェーシングプロセスでは、多くの用途で十分な長寿命を達成することはできません。

ワイヤーによるレーザー金属蒸着

このプロセスでは、レーザービームが、送り込まれたワイヤーと被覆される部品の材料を溶かす。直径約0.8~1.6 mmのワイヤーが使用され、市販のワイヤー供給装置によって付加溶接プロセスに導かれる。今日、アプリケーションの90%はパウダーで、10%はワイヤーでコーティングされると推定されている。ワイヤーによるレーザー肉盛溶接の応用分野には、部品の補修や表面の機能化などがある。このプロセスは特に経済的でクリーンであり、再加工は最小限に抑えられる。

The LDF 3000-60 and control robot positioned together welding cracks in gear wheels by Laserline diode lasers

困難な条件下での亀裂溶接

保護膜の損傷に加え、部品に亀裂が生じると、溶接による補修が必要になることがある。しかし、そのような部品は常に簡単に手が届くとは限らない:例えば、破れたギヤホイールの分解が容易でない場合、レーザはワークピースの金属まで届かなければなりません。軽量、コンパクトで移動可能なレーザは、狭い足場や高い場所でも使用でき、必要に応じて安全に配置することができます。つまり、必要な溶接作業をすべてサポートすることができます。

移動式ダイオードレーザシステムLDF 3000-60と制御用ロボットが25mの高さに設置され、レーザ金属析出溶接を用いて歯車の亀裂を修理した。

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