Górnictwo

Hartowanie laserowe odbywa się poprzez powierzchniowe nagrzewanie elementu hartowanego skoncentrowaną wiązką promieniowana laserowego. Materiał ulega bardzo szybkiemu nagrzaniu powyżej temperatury austenityzacji oraz szybkiemu studzeniu.

 Cechy charakterystyczne

Samo studzenie powodowane jest przez różnicę temperatury między powierzchnią hartowaną a rdzeniem elementu, i nie wymagana zastosowania zewnętrznego czynnika chłodzącego. Głębokość warstwy zahartowanej mieści się w granicach 1 – 1,5 mm w zależności od gatunku materiału hartowanego oraz gabarytów elementu. Hartowanie laserowe w porównaniu z klasycznymi metodami hartowania (indukcyjnego, płomieniowego) powoduje powstanie struktur hartowniczych o wyższych twardościach, a jednocześnie powoduje mniejszą deformację elementu w trakcie hartowania.

Napawanie laserowe jest procesem w którym źródłem ciepła potrzebnym do stopienia materiału dodatkowego oraz materiału podłoża jest skoncentrowana wiązka światła koherentnego. Materiał w postaci proszku lub drutu jest podawany w sposób ciągły do jeziorka ciekłego metalu które po zastygnięciu tworzy napoinę. Całość procesu, z uwagi na konieczność zachowania nadzwyczajnej precyzji oraz spełnienia wymogów BHP, odbywa się w sposób w pełni zrobotyzowany.

W porównaniu z klasycznymi metodami napawania, napawanie laserowe posiada szereg zalet:

• niewielka szerokość strefy wpływu ciepła,
• minimalne wymieszanie materiału dodatkowego z materiałem podłoża,
• możliwość uzyskania znacznych prędkości procesowych,
• niewielkie odkształcenia materiału rodzimego po procesie napawania,
• możliwość uzyskiwania napoin o niewielkiej grubości (~ 0,5 mm),
• możliwość uzyskiwania korzystnych drobnoziarnistych struktur w materiale napawanym z uwagi na szybkość krzepnięcia.

Głównymi materiałami napawanymi z wykorzystaniem laserowymi są:

• stopy na bazie żelaza,
• stopy na bazie niklu,
• stopy na bazie kobaltu,
• stopy miedzi,
• stopy zawierające twarde węgliki,
• stopy łożyskowe.

Napawanie metodą MIG/MAG zwane napawaniem gma polega na tym, że jarzący się łuk pomiędzy elektrodą topliwą a napawanym przedmiotem w atmosferze gazu stapia materiały elektrody i podłoża tworzące napoinę.

Do napawania stosuje się druty pełne o średnicy w granicach 0,5-2,4mm oraz druty z rdzeniem proszkowym o średnicy o d 1,2-4,3mm. Przy napawaniu prądem stałym z biegunowością dodatnią i natryskowym przenoszeniu metalu przez łuk uzyskuje się wydajność napwania w granicach 4 do 10 kg/h. Potencjalną wadą tego rozwiązania jest wysoki udział metalu podłoża w napoinie który wynosi 20-40%. Ograniczenie przetopienia metalu podłoża nawet poniżej 5% można uzyskać przy napawaniu cienkimi drutami o średnicy 0,5 – 1,2mm tzw łukiem zwarciowym (tj. krótkim łukiem z grubokropelkowym przenoszeniem metalu przez łuk.

Robotyzacja procesu pozwala na uzyskanie maksymalnej powtarzalności przy minimalnym udziale wad. Proces MIG/MAG stosowany jest przez Plasma System S.A. wszędzie tam, gdzie wymagana jest niższa precyzja napawania niż przy napawaniu laserowym czy PTA, a czynnik ekonomiczny oraz znaczna grubość warstwy są decydujące. Metoda jest dość uniwersalna i może być stosowana do napawania szerokiej gamy materiałów.

Proces napawania PTA jest procesem, w którym źródłem ciepła jest łuk plazmowy będący strumieniem silnie zjonizowanego gazu. Materiał w postaci proszku doprowadzany jest bezpośrednio w strumień plazmy, gdzie ulega stopieniu, i następnie jest dostarczany do jeziorka ciekłego metalu. Metoda napawania plazmowego pozwala na osiągnięcie wyższej gęstości mocy i wydajności w przypadku metody TIG, przy zachowaniu najwyższej jakości warstwy napawanej oraz niewielkiego wymieszania z podłożem. Dodatkowo, zastosowanie materiału dodatkowego w postaci koncentrycznie podawanej strugi proszku pozwala na uzyskanie pełnej powtarzalności procesu.

Do materiałów napawanych należą m.in.:

• stopy na bazie kobaltu,
• stopy na bazie niklu,
• stopy na bazie żelaza,
• stopy miedzi,stopy zawierające twarde węgliki.

Napawanie metodą TIG (zwane również GTA) jest to napawanie łukowe elektrodą nietopliwą w osłonie gazowej, polegające na wprowadzeniu materiału dodatkowego do obszaru łuku jarzącego się między nietopoliwą elektrodą wolframową a napawanym podłożem w osłonie gazu obojętnego.

Materiał dodakowy można podawać w postaci drutu, pręta pełnego lub proszkowego, albo taśmy bądź proszków stapianych bezpośrednio na napawanym podłożu. Gazami ochronnymi w tym procesie są zasadniczo argon i hel, a niekiedy w celu podwyższenia temperatury stosuje się dodatek wodoru lub azotu w ilości 5-10% (dodatek wodoru jest jednak niedopuszczalny przy spawaniu aluminium, miedzi i ich stopów). Elektroda nietopliwa wykonana jest z wolframu, a dla zwiększenienia trwałości łatwości zajarzaniu i stabilności jarzenia się łuku stosuje się dodatki toru, cyrkonu, lnatanu, ceru czy niru.

Duża powtarzalność oraz stabilność jarzenia łuku pozwala na osiągnięcie wyjątkowej jakości napoiny przy niemalże zerowym udziale wad. Metoda TIG wykorzystywana jest przez firmę Plasma System S.A. wszędzie tam, gdzie materiał dodatkowy dostępny jest jedynie w postaci drutu, a uwarunkowania techniczne nie pozwalają na zastosowanie technologii laserowej bądź CMT.

Możliwe jest napawanie przedmiotów wykonanych ze stali, żeliwa, staliwa, stopów miedzi i stopów aluminium. Napoiny nakłada się ze stali wysokostopowych, ołowiu, stopów niklu, kobaltu, miedzi, aluminium oraz ceramiki.

Zalety napawania TIG:

• Obojętny proces metalurgiczny, zapewniający pełne przechodzenie pierwiastków stopowych do napiny
• Duża koncentracja ciepła, która powoduje wąską SWC, małą kąpiel ciekłego metalu i niski udział materiału rodzimego w napoinie
• Brak rozprysku i żużla

Zastosowanie:

• Możliwość regeneracji elementów z różnych stali i metali nieżelaznych
• Metoda zalecana przy napawaniu pałeczkami stellitowymi warstw odpornych na ścieranie przy obciążeniach dynamicznych
• Metoda stosowana do platerowania przedmiotów ze stal węglowych stalami wysokostopowymi i metalami nieżelaznymi

Technologia CMT (Cold Metal Transfer) to opracowany przez firmę Fronius nowatorski system do spawania oraz napawania przy minimalnej ilości wprowadzanego ciepła. System ten, ze względu na swój charakter pracy, powoduje nawet do 75% mniejsze wymieszanie materiału dodatkowego z materiałem rodzimym niż inne metody napawania. Dzięki zastosowaniu metody CMT możliwe jest łączenie materiałów o skrajnie różnych temperaturach topnienia – na przykład łączenie stali oraz aluminium. Materiał dodatkowy podawany jest do jeziorka w postaci drutu. Dzięki niewielkiemu wymieszaniu, warstwa wierzchnia uzyskuje wymagane własności już w pierwszej warstwie, a niewielki wpływ ciepła ogranicza deformacje elementu.