De mult timp, tehnologia laser este cunoscută pentru utilizarea pe scară largă în sudare, tăiere și marcare. În ultimii doi ani, odată cu popularizarea treptată a curățării cu laser, conceptul de tratare a suprafețelor cu laser a devenit din ce în ce mai mult în centrul atenției oamenilor și a apărut în mintea oamenilor. Procesarea cu laser este fără contact, extrem de flexibilă, de mare viteză și fără zgomot, cu o zonă mică afectată de căldură și fără deteriorare a substratului, fără consumabile și ecologică și cu emisii scăzute de carbon.
Pe lângă curățarea cu laser, tratamentul suprafeței cu laser are de fapt multe categorii de aplicații, cum ar fi lustruirea cu laser, placarea cu laser, călirea cu laser etc. Aceste metode sunt folosite pentru a modifica proprietățile fizice și chimice specifice ale suprafeței materialului, cum ar fi realizarea procesului de suprafață. hidrofob, sau folosind impulsuri laser pentru a genera mici depresiuni cu un diametru de aproximativ 10 microni și o adâncime de doar câțiva microni, astfel încât să crească rugozitatea și să sporească aderența la suprafață.
Pe lângă curățarea cu laser, cunoașteți următoarele metode de tratare a suprafețelor cu laser?
01. stingere cu laser
Călirea cu laser este una dintre soluțiile pentru prelucrarea pieselor complexe cu stres ridicat. Poate face ca piesele cu uzură ridicată, cum ar fi arborii cu came și instrumentele de îndoire, să reziste la solicitări mai mari și să prelungească durata de viață.
Principiul său este de a rearanja atomii de carbon din rețeaua metalică (austenizare) prin încălzirea suprafeței piesei de prelucrat care conține carbon la puțin sub temperatura de topire (900-1400 grad 40% din puterea de iradiere este absorbită), apoi fasciculul laser încălzește stabil suprafața de-a lungul direcției de avans. Pe măsură ce fasciculul laser se mișcă, materialul din jur se răcește rapid, iar rețeaua metalică nu poate reveni la forma sa originală, producând astfel martensită, care crește semnificativ duritatea.
Adâncimea de întărire a stratului exterior de oțel carbon obținută prin călirea cu laser este de obicei de 0.1-1,5 mm și poate fi de 2,5 mm sau mai mult pe unele materiale. În comparație cu metodele tradiționale de stingere, avantajele sale sunt:
1. Aportul de căldură țintă este limitat la aceeași zonă, astfel încât nu există aproape nicio deformare a componentelor în timpul procesării. Costurile de reprelucrare sunt reduse sau chiar eliminate complet:
2. De asemenea, se poate întări pe suprafețe geometrice complexe și piese de precizie și poate obține călirea precisă a suprafețelor funcționale limitate la nivel local care nu pot fi stinse prin metode tradiționale de călire:
3. Fără distorsiuni. Procesele tradiționale de călire produc deformări datorită aportului de energie și călirii mai mari, dar în procesele de călire cu laser, aportul de căldură poate fi controlat cu precizie datorită tehnologiei laser și controlului temperaturii. Componenta rămâne aproape în starea inițială:
4. Geometria durității componentei poate fi modificată „instantaneu”. Aceasta înseamnă că nu este nevoie să convertiți optica/întregul sistem.
02. Texturare cu laser
Texturarea cu laser este unul dintre mijloacele de proces pentru modificarea suprafeței materialelor metalice. În timpul procesului de structurare, laserul creează geometrii aranjate în mod regulat în strat sau substrat pentru a modifica proprietățile tehnice într-o manieră țintită și pentru a dezvolta noi funcții. Procesul este de a utiliza radiația laser (de obicei lasere cu impuls scurt) pentru a genera geometrii aranjate regulat pe suprafață într-o manieră reproductibilă. Raza laser topește materialul într-o manieră controlată și se solidifică într-o structură definită printr-un management adecvat al procesului.
De exemplu, o structură de suprafață hidrofobă permite apei să curgă de pe suprafață. Această caracteristică poate fi realizată prin crearea unor structuri submicronice la suprafață cu lasere cu impuls ultrascurt, iar structura care urmează să fie creată poate fi controlată cu precizie prin modificarea parametrilor laserului. Efectul opus, cum ar fi suprafața hidrofilă, poate fi, de asemenea, obținut:
Pentru vopsirea panourilor de automobile, „micro-gropile” trebuie distribuite uniform pe suprafața plăcii subțiri pentru a spori aderența vopselei. Un fascicul laser pulsat cu o frecvență de mii până la zeci de mii de ori pe secundă este focalizat și incident pe suprafața rolei. Un mic bazin de topire se formează pe suprafața de rulare în punctul de focalizare. În același timp, micul bazin de topitură este suflat în lateral pentru a permite topiturii din bazinul de topitură să se acumuleze cât mai mult posibil la marginea bazinului de topitură în conformitate cu cerințele specificate pentru a forma un boț în formă de arc. Aceste mici șefuri și micro-gropi nu numai că pot crește rugozitatea suprafeței materialului și pot crește aderența vopselei, dar, de asemenea, pot crește duritatea suprafeței materialului și pot prelungi durata de viață.
Unele caracteristici sunt generate de structurarea cu laser, cum ar fi caracteristicile de frecare sau conductivitatea electrică și termică a unor materiale metalice. În plus, structurarea cu laser crește, de asemenea, rezistența de lipire și durata de viață a piesei de prelucrat.
Shuishang Boguang
În comparație cu metodele tradiționale, structurarea cu laser de suprafață este mai ecologică și nu necesită agenți suplimentari de sablare sau substanțe chimice: Repetabil și precis, laserul realizează o structură controlată precisă la microni și este foarte ușor de replicat: Întreținere redusă, în comparație cu sculele mecanice care se uzează rapid, laserul este fără contact și, prin urmare, absolut fără uzură: nu este necesară nicio post-procesare și nu rămân topituri sau alte reziduuri de prelucrare pe piesele prelucrate cu laser.
03. Tratament de suprafață colorat cu laser
Călirea cu laser este adesea folosită în tratarea suprafețelor colorate cu laser, cunoscută și sub denumirea de marcare a culorii cu laser. Principiul procesului este că atunci când laserul încălzește materialul, metalul este încălzit ușor sub punctul său de topire. Conform parametrilor adecvați ai procesului, structura porții se va schimba: pe suprafața piesei de prelucrat se va forma un strat de oxid. Când acest film este expus la lumină, lumina incidentă interferează pentru a face să apară diferite culori de temperare în acest moment. Stratul de marcare colorat generat pe suprafață se modifică cu diferite unghiuri de vizualizare. Modelul mărcii se va schimba, de asemenea, în diferite culori diferite. Aceste culori rămân stabile la temperaturi de până la aproximativ 200 "C. La temperaturi mai ridicate poarta va reveni la starea inițială - marcajul dispare. Calitatea suprafeței se va păstra complet. Are un grad ridicat de securitate și trasabilitate în anti- aplicații de contrafacere În ultimii ani, a fost utilizat în mod matur în domeniul tehnologiei medicale, pe lângă noul marcare neagră prin lasere cu impulsuri ultrascurte, este foarte potrivită pentru identificarea produselor, obținând astfel o trasabilitate unică conform directivei UDI.
04. Placare cu laser
Este un proces de fabricație aditiv potrivit pentru materiale hibride metal și metal-ceramice. Acesta poate fi folosit pentru a crea sau modifica geometrii 3D. Laserul poate fi folosit și pentru a le repara sau a le acoperi folosind această metodă de producție. Prin urmare, în sectorul aerospațial, fabricarea aditivă este utilizată pentru a repara palele turbinelor.
În fabricarea sculelor și matrițelor, marginile sparte sau uzate și suprafețele funcționale modelate pot fi reparate sau chiar blindate. În tehnologia energetică sau petrochimie, rulmenții, rolele sau componentele hidraulice sunt acoperite pentru a proteja împotriva uzurii și coroziunii. Fabricarea aditivă este folosită și în construcțiile de automobile. Un număr mare de componente sunt modificate aici.
În depunerea convențională a metalului cu laser, fasciculul laser încălzește mai întâi piesa de prelucrat local și apoi formează un bazin topit. Pulberea metalică fină este apoi pulverizată direct în bazinul topit de la duza capului de procesare cu laser. În depunerea de metal cu laser de mare viteză, particulele de pulbere sunt deja încălzite la aproape temperatura de topire deasupra suprafeței substratului. Prin urmare, este nevoie de mai puțin timp pentru a topi particulele de pulbere.
Efect: viteza procesului crescută semnificativ. Datorită efectelor termice reduse, materialele foarte sensibile la căldură, cum ar fi aliajele de aluminiu și aliajele de fontă, pot fi, de asemenea, acoperite folosind depunerea metalului cu laser de mare viteză. Viteze mari de suprafață de până la 1500 rpm pot fi atinse pe suprafețe simetrice rotațional folosind procesul HS-LMD. cm/min. În același timp, se realizează viteze de avans de până la câteva sute de metri pe minut.
Reparați componentele scumpe sau matrițele rapid și ușor cu depunerea de pulbere cu laser. Daunele de toate dimensiunile pot fi reparate rapid și aproape fără a lăsa urme. De asemenea, sunt posibile modificări de design. Acest lucru economisește timp, energie și material. Acest lucru este deosebit de util pentru metalele scumpe, cum ar fi nichelul sau titanul. Exemple tipice de aplicare sunt palete de turbină, diferite pistoane, supape, arbori sau matrițe.
05. Tratament termic cu laser
Mii de micro lasere (VCSEL) sunt montate pe un singur cip. Fiecare emițător este echipat cu 56 de astfel de cipuri, iar un modul este format din mai mulți emițători. Câmpul de radiație dreptunghiular poate conține milioane de micro-lasere și poate emite mai mulți kilowați de putere laser în infraroșu.
VCSEL-urile generează fascicule în infraroșu apropiat cu o intensitate de radiație de 100 W/cm², cu o secțiune transversală a fasciculului dreptunghiulară mare, direcțională. În principiu, această tehnologie este potrivită pentru toate procesele industriale care necesită o precizie extrem de mare în controlul suprafeței și temperaturii.
Modulele de tratament termic cu laser sunt potrivite în special pentru aplicații de încălzire pe suprafețe mari, cu cerințe solicitante și flexibile. În comparație cu metodele tradiționale de încălzire, acest nou proces de încălzire are o flexibilitate mai mare, precizie și economii de costuri.
Această tehnologie poate fi folosită pentru a sigila celulele tip pungă pentru a preveni șifonarea folia de aluminiu, prelungind astfel durata de viață a bateriei. Poate fi folosit, de asemenea, pentru a usca folia de aluminiu a bateriei, a panourilor solare cu lumină ușor și pentru a procesa cu precizie zona de încălzire a materialelor specifice (cum ar fi napolitanele din oțel și siliciu).
06. Lustruire cu laser
Mecanismul tehnologiei de lustruire cu laser este topirea îngustă a suprafeței și supratopirea suprafeței, bazându-se pe retopirea suprafeței și resolidificarea stratului retopit cu laser. Când suprafața metalică este iradiată de un laser cu energie suficient de mare, suprafața sa suferă un anumit grad de topire și redistribuire, iar prin acțiunea tensiunii de întindere la suprafață și a gravitației, se obține o suprafață netedă înainte de solidificare.
Întreaga grosime a stratului topit este mai mică decât înălțimea de la jgheab până la vârf, astfel încât întregul metal topit este umplut în jgheabul din apropiere. Forța motrice pentru această umplere este obținută prin efectul capilar, în timp ce stratul mai gros va face ca metalul lichid să curgă spre exterior din centrul bazinului topit. Forța motrice este efectul capilar termic sau efectul Marconi, astfel încât să poată fi redistribuit.
Shuici Bieguang
Cazurile de aplicare includ ceramica cu carbură de siliciu, care sunt utilizate ca componente optice ale telescoapelor ușoare și mari (în special reflectoare de dimensiuni mari și de formă complexă). RB-SiC este un material tipic cu duritate ridicată, cu fază complexă, iar tehnologia sa de lustruire cu precizie a suprafeței este dificilă și ineficientă. Suprafața RB-SiC pre-acoperită cu pulbere de Si este modificată de laser femtosecundă. După numai 4,5 ore de lustruire se poate obține o suprafață optică cu o rugozitate a suprafeței Sq de 4,45 nm. În comparație cu șlefuirea și lustruirea directă, eficiența lustruirii este crescută de peste 3 ori. Lustruirea cu laser este, de asemenea, utilizată pe scară largă în lustruirea matrițelor, camelor și palelor turbinelor.
07. Peening cu laser
Întărirea șocului cu laser, cunoscută și sub denumirea de laser shot peening, constă în iradierea suprafeței pieselor metalice cu laser cu densitate mare de energie, focalizare mare și impuls scurt (λ=1053nm). Metalul de suprafață (sau stratul de absorbție) formează instantaneu o explozie de plasmă sub acțiunea laserului cu densitate mare. Unda de șoc de explozie este transmisă în interiorul părții metalice sub constrângerea stratului de constrângere, determinând granulele de suprafață să producă deformare plastică compresivă și obținând stres de compresiune reziduală, rafinare a granulelor și alte efecte de întărire a suprafeței în intervalul mai gros al suprafeței. suprafata piesei. În comparație cu șlefuirea mecanică tradițională, are următoarele avantaje:
1. Direcționalitate puternică: Laserul acționează pe suprafața metalului într-un unghi controlabil, cu o eficiență ridicată de conversie a energiei, în timp ce unghiul de impact mecanic al proiectilului este aleatoriu:
2. Forță mare: Presiunea instantanee generată de sablare cu plasmă cu laser shot peening este la fel de mare ca câțiva GPa: Densitate mare de putere: Densitatea maximă de putere a impactului laser ajunge la câteva până la zeci de GW//cm2:
3. Integritate bună a suprafeței: impactul cu laser nu are aproape niciun efect de pulverizare pe suprafață, în timp ce după șlefuirea mecanică, morfologia suprafeței este deteriorată și are loc concentrarea tensiunilor.
Valoarea maximă a tensiunii de compresiune după impactul cu laser este mai bună, iar tensiunea de compresiune reziduală a suprafeței este crescută cu aproximativ 40% ~ 50%, ceea ce îmbunătățește semnificativ valorile indicatorilor aferenti, cum ar fi durata de viață la oboseală, rezistența la temperaturi ridicate și formarea la încovoiere a piesa de prelucrat. A fost aplicat în domeniul tratării suprafețelor aeronavelor și al tratării suprafețelor cu motoare aeriene.
