Scanner-based wire fed laser cladding process: a case study

Abstract

Diversas peças e ferramentas na indústria têm seu ciclo de vida reduzido devido ao atrito. Tecnologias de cladding (recobrimento) são comumente utilizadas para revesti-las com uma camada mais resistente. A utilização da tecnologia de laser cladding (recobrimento à laser) cresce devido às suas vantagens como diluição reduzida e menor deformação térmica em relação a outros processos de recobrimento. A opção de alimentação de arame – ao invés de pó – é cada vez mais utilizada, uma vez que o arame é mais facilmente armazenado, apresenta menor risco à saúde dos operários e desperdiça menos material no processo. A tecnologia de laser cladding com alimentação a pó foi extensivamente estudada, mas, na literatura, a natureza do processo alimentado a arame ainda é pouco conhecida. Este trabalho visa analisar a influência dos dois principais parâmetros do processo – potência do laser e velocidade de avanço – sobre a geometria resultante em um único cordão de revestimento. A temperatura do substrato durante o processo também é analisada. São encontradas relações entre esses parâmetros e altura, largura e área do cordão de revestimento. Finalmente, modelos analíticos são propostos a partir das relações previamente obtidas. O objetivo destes modelos não é uma descrição perfeita do processo, mas a obtenção de relações simples entre a geometria obtida e os parâmetros do processo, ainda que com algum erro. Estes modelos preveem a área, proporção entre altura e largura do cordão de revestimento, altura e largura do cordão de revestimento. Os modelos são então testados; suas exatidões, discutidas.

Many tools and parts in the industry have a reduced life cycle due to wear. Cladding technologies are commonly used to apply a wear-resistant layer over them. The use of the laser cladding technology is increasing because of advantages such as reduced dilution and thermal deformations when compared to other cladding technologies. The wire feeding option – instead of powder feeding – is also increasing in the industry because of storage ease, increased health security and reduced waste of material. The powder fed laser cladding was already extensively studied, but not much about the wire fed version of the process can be found in the literature. This work analyzes the influence of the two major process parameters – laser power and traverse speed – on the resulting geometry of a single cladding track. Temperature from the substrate during the process is also analyzed. Relations between those parameters and track height, width and area are found. Finally, analytical models are proposed based on the relations previously obtained. The objective of those models was not to be a precise description, but simple relations between those process parameters and track geometry, even with some inaccuracy. The models predicted track area, height to width ratio, height and width. Models are tested; their accuracy, discussed