Lasertekniken har länge varit känd för sin utbredda användning inom svetsning, skärning och märkning. Under de senaste två åren, med den gradvisa populariseringen av laserrengöring, har konceptet med laserytbehandling blivit mer och mer i fokus för människors uppmärksamhet och dykt upp i människors sinnen. Laserbearbetning är beröringsfri, mycket flexibel, höghastighets- och bullerfri, med en liten värmepåverkad zon och inga skador på underlaget, inga förbrukningsvaror och miljövänlig och koldioxidsnål.
Utöver laserrengöring har laserytbehandling faktiskt många användningskategorier, såsom laserpolering, laserbeklädnad, laserhärdning etc. Dessa metoder används för att ändra specifika fysikaliska och kemiska egenskaper hos materialytan, såsom att göra ytprocessen hydrofob, eller använda laserpulser för att generera små fördjupningar med en diameter på cirka 10 mikron och ett djup på endast några mikrometer, för att öka grovheten och förbättra ytvidhäftningen.
Förutom laserrengöring, känner du till följande laserytbehandlingsmetoder?
01. Lasersläckning
Laserhärdning är en av lösningarna för bearbetning av högspänningskomplexa delar. Det kan göra att delar med högt slitage som kamaxlar och bockningsverktyg tål högre påfrestningar och förlänger livslängden.
Dess princip är att omordna kolatomerna i metallgittret (austenisering) genom att värma upp ytan på det kolhaltiga arbetsstycket till något under smälttemperaturen (900-1400 grad 40 % av bestrålningseffekten absorberas), och sedan laserstrålen värmer stabilt ytan längs matningsriktningen. När laserstrålen rör sig svalnar det omgivande materialet snabbt, och metallgittret kan inte återgå till sin ursprungliga form och producerar därigenom martensit, vilket avsevärt ökar hårdheten.
Härddjupet för det yttre lagret av kolstål som uppnås genom laserhärdning är vanligtvis 0.1-1,5 mm och kan vara 2,5 mm eller mer på vissa material. Jämfört med traditionella härdningsmetoder är dess fördelar:
1. Målvärmetillförseln är begränsad till samma område, så det sker nästan ingen komponentförvrängning under bearbetningen. Omarbetningskostnaderna reduceras eller till och med helt elimineras:
2. Det kan även härda på komplexa geometriska ytor och precisionsdelar, och kan uppnå exakt härdning av lokalt begränsade funktionsytor som inte kan härda med traditionella härdningsmetoder:
3. Ingen förvrängning. Traditionella härdningsprocesser ger deformationer på grund av högre energitillförsel och härdning, men i laserhärdningsprocesser kan värmetillförseln kontrolleras exakt på grund av laserteknik och temperaturkontroll. Komponenten förblir nästan i sitt ursprungliga tillstånd:
4. Komponentens hårdhetsgeometri kan ändras "omedelbart". Detta gör att det inte finns något behov av att konvertera optik/hela systemet.
02. Lasertexturering
Lasertexturering är ett av processmedlen för ytmodifiering av metallmaterial. Under struktureringsprocessen skapar lasern regelbundet arrangerade geometrier i skiktet eller substratet för att målinriktat förändra de tekniska egenskaperna och utveckla nya funktioner. Processen går i grova drag ut på att använda laserstrålning (oftast kortpulsade lasrar) för att generera regelbundet arrangerade geometrier på ytan på ett reproducerbart sätt. Laserstrålen smälter materialet på ett kontrollerat sätt och stelnar till en definierad struktur genom lämplig processledning.
Till exempel tillåter en hydrofob ytstruktur vatten att rinna bort från ytan. Denna funktion kan uppnås genom att skapa submikronstrukturer på ytan med ultrakorta pulslasrar, och strukturen som ska skapas kan kontrolleras exakt genom att ändra laserparametrarna. Den motsatta effekten, såsom hydrofil yta, kan också uppnås:
För målning av bilpaneler måste "mikrogropar" vara jämnt fördelade på ytan av den tunna plattan för att förbättra färgens vidhäftning. En pulsad laserstråle med en frekvens av tusentals till tiotusentals gånger per sekund fokuseras och infaller på rullytan. En liten smältpöl bildas på rullytan vid fokuspunkten. Samtidigt blåses den lilla smältbassängen i sidled för att låta smältan i smältbassängen ackumuleras så mycket som möjligt till kanten av smältbassängen enligt de specificerade kraven för att bilda en bågformad nav. Dessa små utsprång och mikrogropar kan inte bara öka materialytans grovhet och öka färgens vidhäftning, utan också öka materialets ythårdhet och förlänga livslängden.
Vissa egenskaper genereras av laserstrukturering, såsom friktionsegenskaper eller elektrisk och termisk ledningsförmåga hos vissa metallmaterial. Dessutom ökar laserstruktureringen också bindningsstyrkan och livslängden för arbetsstycket.
Shuishang Boguang
Jämfört med traditionella metoder är ytlaserstrukturering mer miljövänlig och kräver inga extra sandblästringsmedel eller kemikalier: Upprepningsbar och exakt, lasern uppnår en kontrollerad struktur exakt till mikron och är mycket lätt att replikera: Lågt underhåll, jämfört med mekaniska verktyg som slits snabbt, lasern är beröringsfri och därför absolut slitagefri: Ingen efterbearbetning krävs, och inga smälta eller andra processrester finns kvar på de laserbehandlade delarna.
03. Färgglad laserbehandling
Laserhärdning används ofta vid laserfärgad ytbehandling, även känd som laserfärgmarkering. Processprincipen är att när lasern värmer materialet värms metallen upp till något under sin smältpunkt. Under lämpliga processparametrar kommer portens struktur att förändras: ett oxidskikt kommer att bildas på arbetsstyckets yta. När denna film exponeras för ljus, stör det infallande ljuset och gör att olika härdande färger visas vid denna tidpunkt. Det färgglada markeringslagret som genereras på ytan förändras med olika betraktningsvinklar. Märkets mönster kommer också att ändras till olika färger. Dessa färger förblir stabila vid temperaturer upp till ca 200 "C. Vid högre temperaturer återgår grinden till sitt ursprungliga tillstånd - markeringen försvinner. Ytkvaliteten kommer att bevaras helt. Den har en hög grad av säkerhet och spårbarhet i anti- Förfalskningstillämpningar Under de senaste åren har den använts inom medicinsk teknik. Förutom den nya svarta märkningen med ultrakorta pulslasrar, är den också mycket lämplig för produktidentifiering, och har därmed uppnått unik spårbarhet enligt UDI-direktivet.
04. Laserbeklädnad
Det är en additiv tillverkningsprocess som är lämplig för metall och metallkeramiska hybridmaterial. Detta kan användas för att skapa eller modifiera 3D-geometrier. Lasern kan också användas för att reparera eller belägga dem med denna produktionsmetod. Inom flygsektorn används därför additiv tillverkning för att reparera turbinblad.
Vid verktygs- och formtillverkning kan trasiga eller slitna kanter och formade funktionsytor repareras eller till och med pansas. Inom energiteknik eller petrokemikalier är lager, rullar eller hydrauliska komponenter belagda för att skydda mot slitage och korrosion. Additiv tillverkning används också inom bilkonstruktion. Ett stort antal komponenter modifieras här.
Vid konventionell lasermetallavsättning värmer laserstrålen först arbetsstycket lokalt och bildar sedan en smält pool. Fint metallpulver sprutas sedan direkt in i den smälta poolen från munstycket på laserbehandlingshuvudet. Vid höghastighetslasermetallavsättning är pulverpartiklarna redan uppvärmda till nästan smälttemperaturen ovanför substratytan. Därför krävs mindre tid för att smälta pulverpartiklarna.
Effekten: avsevärt ökad processhastighet. På grund av de minskade termiska effekterna kan mycket värmekänsliga material som aluminiumlegeringar och gjutjärnslegeringar också beläggas med höghastighets lasermetalldeponering. Höga ythastigheter på upp till 1500 rpm kan uppnås på rotationssymmetriska ytor med hjälp av HS-LMD-processen. cm/min. Samtidigt uppnås matningshastigheter på upp till flera hundra meter per minut.
Reparera dyra komponenter eller formar snabbt och enkelt med laserpulveravsättning. Skador av alla storlekar kan repareras snabbt och nästan utan att lämna märken. Designändringar är också möjliga. Detta sparar tid, energi och material. Detta är särskilt värt besväret för dyra metaller som nickel eller titan. Typiska applikationsexempel är turbinblad, olika kolvar, ventiler, axlar eller formar.
05. Laservärmebehandling
Tusentals mikrolasrar (VCSEL) är monterade på ett enda chip. Varje sändare är utrustad med 56 sådana chips, och en modul består av flera sändare. Det rektangulära strålningsfältet kan innehålla miljontals mikrolasrar och kan avge flera kilowatt infraröd lasereffekt.
VCSEL genererar nära-infraröda strålar med en strålningsintensitet på 100 W/cm² med ett stort, riktat rektangulärt stråltvärsnitt. Denna teknik är i princip lämplig för alla industriella processer som kräver extremt hög precision i yt- och temperaturkontroll.
Laservärmebehandlingsmoduler är särskilt lämpliga för uppvärmningsapplikationer för stora ytor med krävande och flexibla krav. Jämfört med traditionella uppvärmningsmetoder har denna nya uppvärmningsprocess högre flexibilitet, precision och kostnadsbesparingar.
Denna teknik kan användas för att försegla celler av påstyp för att förhindra att aluminiumfolie skrynklas, vilket förlänger batteriets livslängd. Den kan också användas för att torka batterialuminiumfolie, ljusblöta solpaneler och exakt bearbeta uppvärmningsområdet för specifika material (som stål- och kiselskivor).
06. Laserpolering
Mekanismen för laserpoleringsteknik är ytsmal smältning och ytöversmältning, beroende på ytomsmältning och åter stelning av det laseromsmälta lagret. När metallytan bestrålas med en tillräckligt högenergilaser genomgår dess yta en viss grad av omsmältning och omfördelning, och genom inverkan av ytdragpåkänning och gravitation uppnås en jämn yta före stelning.
Hela tjockleken på det smälta lagret är mindre än höjden från tråget till toppen, så att hela den smälta metallen fylls i det närliggande tråget. Drivkraften för denna fyllning uppnås genom kapilläreffekten, medan det tjockare skiktet kommer att få den flytande metallen att strömma utåt från centrum av den smälta poolen. Drivkraften är den termiska kapilläreffekten eller Marconieffekten, så att den kan omfördelas.
Shuici Bieguang
Tillämpningsfall inkluderar kiselkarbidkeramik, som används som optiska komponenter i ljusa och stora teleskop (särskilt stora och komplexa reflektorer). RB-SiC är ett typiskt material med hög hårdhet och komplexa faser, och dess ytprecisionspoleringsteknik är svår och ineffektiv. Ytan på RB-SiC förbelagd med Si-pulver modifieras med femtosekundlaser. Efter endast 4,5 timmars polering kan en optisk yta med en ytråhet Sq på 4,45 nm erhållas. Jämfört med direktslipning och polering ökas poleringseffektiviteten med mer än 3 gånger. Laserpolering används också i stor utsträckning vid polering av formar, kammar och turbinblad.
07. Penning med laserskott
Laserchockförstärkning, även känd som laser shot peening, är att bestråla ytan på metalldelar med hög energitäthet, högfokuserad, kortpulsad laser (λ=1053nm). Ytmetallen (eller absorptionsskiktet) bildar omedelbart en plasmaexplosion under inverkan av laser med hög effektdensitet. Explosionschockvågen överförs till insidan av metalldelen under begränsningen av begränsningsskiktet, vilket gör att ytkornen producerar kompressionsplastisk deformation och erhåller kvarvarande tryckspänning, kornförfining och andra ytförstärkande effekter i det tjockare området av delens yta. Jämfört med traditionell mekanisk kulblästring har den följande fördelar:
1. Stark riktning: Lasern verkar på metallytan i en kontrollerbar vinkel, med hög energiomvandlingseffektivitet, medan den mekaniska projektilens anslagsvinkel är slumpmässig:
2. Stor kraft: Det momentana trycket som genereras av plasmablästringen med laserskott är så hög som flera GPa: Hög effekttäthet: Toppeffekttätheten för laserstöten når flera till tiotals GW//cm2:
3. Bra ytintegritet: Laserpåverkan har nästan ingen sputtereffekt på ytan, medan efter mekanisk kulblästring skadas ytmorfologin och spänningskoncentration uppstår.
Det maximala tryckspänningsvärdet efter laserpåverkan är bättre, och ytresttryckspänningen ökas med cirka 40% ~ 50%, vilket avsevärt förbättrar värdena för relaterade indikatorer såsom utmattningslivslängd, hög temperaturbeständighet och böjbildning av arbetsstycke. Det har applicerats inom områdena ytbehandling av flygplan och ytbehandling av flygmotorer.
