Laser cladding process on a brake disc by Laserline diode lasers

다이오드 레이저를 이용한 클래딩

레이저 금속 증착(LMD)은 때때로 갈바닉 코팅의 내구성을 뛰어넘는 수명을 가진 고품질 클래딩과 코팅을 생성합니다.

복잡한 구조물의 표면 보호 및 시공

다이오드 레이저는 모든 종류의 증착 용접에 이상적인 도구입니다. 높은 유연성과 짧은 처리 시간, 처리된 공작물의 왜곡이 적고 접착력이 뛰어난 미세 입자 코팅이 가능하다는 것이 다이오드 레이저의 근본적인 장점입니다. 표면이 매우 단단하기 때문에 재작업이 거의 필요하지 않습니다. 추가 레이어가 필요한 이유는 여러 가지가 있습니다. 마모와 부식이 심한 금속 가공품의 표면을 보호하거나 고품질 부품을 수리하는 등 모든 코팅은 레이저로 매우 효과적으로 수행할 수 있으며 복잡한 구조의 생성 생산도 마찬가지입니다.

레이저 금속 증착

산업 분야에서 다이오드 레이저의 가장 중요한 산업 응용 분야 중 하나는 레이저 클래딩입니다. 이는 매우 높은 품질의 레이저 코팅을 생산하거나 복원하기 위해 확립된 공정입니다. 다이오드 레이저 증착 용접으로 정제된 부품은 중공업부터 자동차 생산 및 농업에 이르기까지 다양한 분야에서 사용됩니다.

레이저 금속 증착 용접에서는 레이저 빔이 공작물 표면에 용융 풀을 만들고, 여기에 코팅 재료가 공급되면서 동시에 레이저에 의해 용융됩니다. 와이어 또는 분말 형태로 공급되는 추가 재료는 레이저에 의해 용융된 후 모재 위에 층을 형성합니다. 반응 시간이 짧아 약간의 왜곡만 발생하고 냉각이 빠르게 이루어집니다. 그 결과 기본 재료에 금속학적으로 결합된 층이 생성됩니다. 열 스프레이로 생산된 코팅보다 내구성이 뛰어나며 경질 크롬 도금과 달리 인체에 무해합니다.

목표: 마모 방지

이 절차의 또 다른 동기는 표면을 마모로부터 보호하는 것입니다. 여기서 레이저 클래딩은 다른 옵션 중에서도 열 스프레이와 경쟁 관계에 있습니다. 레이저 증착 용접은 기본 재료와 추가 층 사이에 야금학적 결합을 생성하기 때문에 순수한 기계적 스프레이 공정보다 훨씬 더 긴 서비스 수명을 달성할 수 있습니다. 재료는 주로 텅스텐 카바이드가 포함된 니켈 기반 합금(In 625)입니다. 이러한 재료는 도포된 층의 무게 기준으로 최대 60%에 달할 수 있습니다.

목표: 내식성

레이저 코팅은 추가 층을 통해 크립 부식뿐만 아니라 틈새 부식을 방지하는 데 매우 적합합니다. 이를 위해 스테인리스강과 니켈 합금을 저합금강에 적용합니다. 다이오드 레이저를 에너지원으로 사용하는 경우, 재료의 혼합은 일반적으로 5% 미만 수준입니다. 따라서 약 1mm의 한 층만으로도 우수한 부식 방지 효과를 얻을 수 있는 반면, 기존 공정에서는 두 개의 층이 필요합니다.

레이저 금속 증착 - 응용 분야 및 예시

레이저 클래딩이라고도 하는 레이저 금속 증착 용접(LMD)에 대한 소개와 함께 애플리케이션 센터의 사례를 소개합니다. 레이저 클래딩에 대한 더 많은 예시와 추가 정보가 포함된 전체 웹캐스트는 LIVELINE 미디어 라이브러리에서도 확인할 수 있습니다.

레이저 금속 증착(LMD)과 관련된 산업 응용 분야 및 공정에 대해 궁금한 점이 있거나 자세히 알아보고 싶다면 언제든지 문의해 주세요.

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구성 요소 수리

초기 코팅 외에도 수리 용접은 와이어 또는 레이저 분말 증착 용접의 형태로도 수행됩니다. 기존 코팅을 제거하고 공작물 표면을 청소한 후, 도포되는 재료를 모재에 금속학적으로 결합하여 매우 안정적인 새 코팅을 생성할 수 있습니다. 마모 또는 부식 방지용과 달리 마모된 표면, 파손된 조각 또는 기타 부품 손상을 수리하기 위해 일반적으로 동일한 재료를 기본 재료에 적용합니다. 해당 소재가 용접할 수 있는 재료라면 사실상 제한이 없습니다.

제너레이티브 제조

레이저 증착 용접의 마지막 주요 영역은 흔히 적층 제조(AM) 또는 3D 프린팅이라고 하는 부품 생성입니다. 여기에서도 동일한 재료의 레이어가 적용됩니다. 따라서 혼합을 별도로 고려할 필요가 없습니다. 가공 시스템을 적절히 프로그래밍하면 복잡한 구조의 부품도 레이어별로 생성할 수 있습니다. 항공기 제작의 터빈, 동체 및 날개에 사용되는 스테인리스강 외에도 알루미늄, 티타늄 및 초합금도 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

Oil and gas platform on the ocean by Laserline diode lasers

석유 및 가스 산업에서의 다이오드 레이저

유전과 가스전을 개발하려면 고성능 시추 공구가 필요합니다. 이러한 공구는 엄청난 스트레스를 받기 때문에 마모 방지 기능이 없으면 수명이 길지 않습니다. 그렇기 때문에 다이오드 레이저 클래딩으로 점점 더 많이 실현되는 특수 코팅이 한동안 표준이 되어 왔습니다. 레이저라인의 LDM 및 LDF 다이오드 레이저는 이러한 측면에서 탁월한 결과를 제공합니다.

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파우더 또는 와이어로 레이어 쌓기


레이저 파우더 클래딩

레이저 빔은 금속 공작물과 도포된 파우더를 연결합니다. 다양한 강철, 주철, 구리, 알루미늄, 니켈 기반 및 코발트 기반 합금을 기본 재료로 사용할 수 있습니다. 철 기반 합금(저합금강, 공구강, 스테인리스강), 인코넬(625, 718, 738)과 같은 니켈 기반 합금, 스텔라이트, 고온 합금, 알루미늄 합금, 티타늄 합금, 탄화물 함유 재료와 같은 코발트 기반 합금으로 층을 형성하여 추가적인 마모 보호 기능을 제공합니다. 결정적인 요소는 동축 파우더 노즐을 사용할 수 있도록 일반적인 입자 크기가 40-120 µm인 분말 형태의 필러 재료를 사용할 수 있다는 것입니다. 레이저라인 LDM 및 LDF 다이오드 레이저는 금속 분말을 용융할 때 우수한 접착력, 높은 정밀도, 다공성이 거의 없고 높은 경도와 최소한의 변형으로 균열이 제한되는 등 탁월한 결과를 얻을 수 있습니다. 대부분의 경우, 혼합 후 표면은 추가 가공이 필요하지 않습니다. 반면 플라즈마 분말 증착 용접과 같은 기존의 하드 페이싱 공정은 많은 응용 분야에서 충분히 긴 서비스 수명을 확보하지 못합니다.

와이어를 사용한 레이저 금속 증착

이 과정에서 레이저 빔은 공급되는 와이어와 코팅할 부품의 소재를 녹입니다. 직경이 약 0.8~1.6mm인 와이어가 사용되며, 시중에서 판매되는 와이어 피더를 통해 적층 용접 공정으로 이어집니다. 오늘날에는 90%가 분말로 코팅하고 10%가 와이어로 코팅하는 것으로 추정됩니다. 와이어를 이용한 레이저 증착 용접의 적용 분야에는 부품 수리 및 표면의 기능화가 포함됩니다. 이 공정은 특히 경제적이고 깨끗하며 재작업이 최소로 줄어듭니다.

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

어려운 조건에서의 크랙 용접

보호 코팅의 손상 외에도 부품의 균열로 인해 수리 용접이 필요할 수 있습니다. 그러나 이러한 부품에 항상 접근하기 쉬운 것은 아닙니다: 예를 들어 찢어진 기어 휠을 쉽게 분해할 수 없는 경우, 레이저가 공작물의 금속에 도달해야 합니다. 가볍고 컴팩트한 이동식 레이저는 높은 높이의 좁은 비계에서도 사용할 수 있으며 필요한 경우 안전하게 배치할 수 있습니다. 따라서 필요한 모든 용접 작업을 지원할 수 있습니다.

이동식 LDF 3000-60 다이오드 레이저 시스템과 제어용 로봇을 25m 높이에 설치하여 레이저 금속 증착 용접을 사용하여 기어의 균열을 수리했습니다.

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