激光沉積焊接工藝修復模具

tags:    時間:2014-03-12 03:43:52
激光沉積焊接工藝修復模具簡介
 激光沉積焊接是與許多傳統的模具修復方法不同的另一種重要的方法。它早已立足歐洲,現在又開始為其他地區的模具工廠所接受。    激光沉積焊接技……
激光沉積焊接工藝修復模具正文

 激光沉積焊接是與許多傳統的模具修復方法不同的另一種重要的方法。它早已立足歐洲,現在又開始為其他地區的模具工廠所接受。 


激光沉積焊接技術開始在模具修改和修復領域找到其用武之地。典型的用途是用於採用冷加工鋼製造的注塑模具的修復,這種模具由於加工玻璃纖維增強的材料而導致嚴重磨損。磨損區域可以用激光沉積焊接來填充裂紋,所用焊絲的直徑為0.4mm。修復之後,模具和插件的使用壽命至少與全新的部件相當。焊接沉積物的高度大約為0.5mm,硬度為洛氏硬度52度。硬度達到洛氏硬度60度也是可能的。 


例如,一個成功的用戶便是Tech Group公司,他們目前正採用激光沉積焊接法來修復模具。Grand Rapids工廠有58名僱員,使用30台28~250t的注塑機,專門從事醫療器械的生產。這些器械包括用於開胸心臟手術、微創手術和兒科手術,器械通常都是小型、精密、不耐用的產品。整個車間是在100,000級清潔廠房的條件下進行操作的。 


該工廠包括一個工具車間,有4名全職的模具製作工。因為是生產醫療器械的,製造模具所用的工具合金鋼必須完全不含鈹。採用激光沉積焊接技術的好處是這種工藝除了適用於不鏽鋼、標準工具鋼和鋁之外,也適用於無鈹合金鋼。 


據David Guth-rie說,Tech Group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,但是為了節省時間和成本,也為了減少麻煩,現在公司把設備買回來了。根據該公司的報告,他們自己有了設備之後,以前需要好幾天才能完成的模具工程修改和修復工作,現在幾個小時內就可完成了。一個模具零件在進行焊接修復之後,要返回工具車間進行最後的機加工,然後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進行修復,因此模具仍可留在注塑機上。 


激光束和焊絲 


Tech Group所使用的由Rofin-Sinar公司製造的StarWeld焊接機是一台使用絲狀填充材料的激光沉積焊機。它採用在I類激光殼體里產生的脈衝Nd:YAG焊接激光,帶電動x-y-z工作台和立體顯微鏡。模具的缺陷用激光束和絲狀填充材料來填補。焊絲是自動導入的,以便激光束使焊絲和工件的表面同時熔化。所需沉積物的總高度是通過多層焊接的方法來達到的。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,本方法的優點是加熱和冷卻速度快,並且熔化區域小。基材所受到的熱效應極小,從而大大減少了變形、弱化和產生裂縫的危險。此外,通過生成細顆粒的結構或者使用具有不同合金特性的填充材料,可以獲得特性更好的沉積層。因為焊絲的直徑可以細至100微米,所以可以得到細小得多顆粒結構。 


這項工作一般用鎢極惰性氣體保護焊或者微等離子體焊接方法進行焊接。另外,對於模具修理來說,在需要低的內聚力時,適於採用粉狀電阻粘結料。 
 市場上相對較新技術是採用高功率(2~4kW)CO2和YAG激光的直接金屬沉積焊(DMD)。 


用激光進行沉積焊與其它三種方法相比較具有一些優點。激光束可以聚焦得非常細,因此對工件和填充金屬(焊絲)的加熱區域非常精確。工件的加熱程度可以減少,其結果是變形較小。機加工的工作量減少至最小。此外,硬度可以達到洛氏硬度60度,不過這還取決於基材的種類。 


 激光硬體 


StarWeld激光焊接機有兩個大的滑動門,門洞為800mm。重達350kg、體積125L的工件可以用叉車從前面或者用吊車從上面放到機器里。滑動門和側蓋板都可以取下來,以便可以把更大的工件放進機器里去。 


操作者可以用手動的方法喂焊絲,並通過在符合人體工程學的位置設置的袖孔來操作操縱桿。工件的位置在一個x-y工作台上進行調整。工件藉助於立體顯微鏡和操縱桿進行精確定位。操縱桿是比例控制的(操縱桿運動的程度決定著軸的速度)。當操縱桿轉動時,z軸就橫向運動。當顯微鏡里的圖像最清晰時,焊接區域就到達正確位置了。所設定的激光參數被輸入到立體顯微鏡里。利用操縱桿可以呼出多達50組預先編程和記錄的參數。 


操作者可以在眼睛不離開顯微鏡、手不離開工件護欄的情況下,隨時檢查和修改這些參數。激光裝置的所有功能,例如激光脈衝、快門控制、功率單元控制、溫度控制、聚焦、保安電路、數據記錄的儲存以及常規診斷和測試等,都是由高性能微處理器完成的。機器上裝有一個薄膜鍵盤,用於輸入各種數據。電容器箱的電壓值、脈衝頻率、脈衝寬度、脈衝能量、每厘米的脈衝能量(與焊接有關的表面能量)、脈衝形狀、文本信息、以及其他數據都可以在屏幕上顯示出來。 


激光束的光源是Nd:YAG激光,其平均功率為100W。根據材質不同,沉積焊接所需的脈衝時間在2至10毫秒之間。脈衝功率達500W,工件表面的最大脈衝密度可以達到幾十毫瓦/cm。這對於快速加工工作,甚至在使用比較粗的焊絲的情況下,也是足夠的了。機器出廠時帶有一個完整的水/空氣冷卻系統和一個焊接煙塵過濾器。 


可以在兩根軸上都裝一個受到專利保護的光學系統,這樣就可以在豎壁上和下口內進行焊接工作。最好的、誤差最小的焊接質量來自一個特殊的激光諧振腔。機器具有很大的焦深,容許工件表面可以在豎直方向上相對於焦點有較大的波動範圍。焊絲的通常用量已在具體的軟體模式里提供。在對工件進行手動加工的過程中,此模式容許通過脈衝頻率與焊絲喂入速率相互偶聯的方法使各焊接脈衝之間的重疊關係保持恆定。 


激光輔助的、使用絲狀填充材料的沉積焊接工藝是一種比較新的技術。在工藝質量和加工精度方面,它都比傳統方法優越。它可以安裝在簡單、操作安全性很好的手動形式的系統里,所以它的使用,特別是在小型和中型工廠里,正變得越來越普遍。 

Bookmark the permalink ,來源:
One thought on “激光沉積焊接工藝修復模具