El tractament de superfícies làser és una tecnologia que utilitza un raig làser d'alta densitat de potència per escalfar la superfície del material de manera sense contacte i realitza la seva modificació superficial mitjançant el refredament conductor de la pròpia superfície del material.És beneficiós millorar les propietats mecàniques i físiques de la superfície del material, així com la resistència al desgast, la resistència a la corrosió i la resistència a la fatiga de les peces.En els darrers anys, les tecnologies de tractament de superfícies làser, com ara la neteja per làser, l'extinció per làser, l'aliatge per làser, l'enfortiment del xoc làser i el recuit làser, així com el revestiment làser, la impressió làser 3D, la galvanoplastia làser i altres tecnologies de fabricació d'additius làser han donat lloc a àmplies perspectives d'aplicació. .
1. Neteja amb làser
La neteja làser és una nova tecnologia de neteja de superfícies en desenvolupament ràpid, que utilitza un raig làser de pols d'alta energia per irradiar la superfície de la peça de treball, de manera que la brutícia, les partícules o el recobriment de la superfície es puguin evaporar o expandir a l'instant, aconseguint així el procés de neteja. i purificació.La neteja per làser es divideix principalment en eliminació d'òxid, eliminació d'oli, eliminació de pintura, eliminació de recobriments i altres processos;S'utilitza principalment per a la neteja de metalls, neteja de relíquies culturals, neteja d'arquitectura, etc. Basat en les seves funcions completes, processament precís i flexible, alta eficiència i estalvi d'energia, protecció del medi ambient verd, sense danys al substrat, intel·ligència, bona qualitat de neteja, seguretat, àmplia aplicació i altres característiques i avantatges, s'ha tornat cada vegada més popular en diversos camps industrials.
En comparació amb els mètodes de neteja tradicionals, com ara la neteja per fricció mecànica, la neteja per corrosió química, la neteja líquida sòlida d'impacte fort, la neteja per ultrasons d'alta freqüència, la neteja làser té avantatges evidents.
2. Aparat per làser
L'extinció làser utilitza làser d'alta energia com a font de calor per fer que la superfície metàl·lica sigui calenta i freda ràpidament.El procés d'extinció es completa instantàniament per obtenir una estructura de martensita ultrafina i d'alta duresa, millorar la duresa i la resistència al desgast de la superfície metàl·lica i formar estrès de compressió a la superfície per millorar la resistència a la fatiga.Els principals avantatges d'aquest procés inclouen una petita zona afectada per la calor, una petita deformació, un alt grau d'automatització, una bona flexibilitat d'extinció selectiu, una gran duresa dels grans refinats i una protecció ambiental intel·ligent.Per exemple, el punt làser es pot ajustar per apagar qualsevol posició d'amplada;En segon lloc, el capçal làser i l'enllaç del robot multi eix poden apagar l'àrea designada de peces complexes.Per a un altre exemple, l'extinció del làser és extremadament calenta i ràpida, i l'estrès i la deformació d'extinció són petites.La deformació de la peça abans i després de l'extinció per làser es pot ignorar gairebé, de manera que és especialment adequada per al tractament superficial de peces amb requisits d'alta precisió.
En l'actualitat, l'extinció per làser s'ha aplicat amb èxit a l'enfortiment de la superfície de peces vulnerables a la indústria de l'automòbil, la indústria del motlle, les eines de ferreteria i la indústria de la maquinària, especialment per millorar la vida útil de les peces vulnerables, com ara engranatges, superfícies d'eix, guies, mordasses i motlles.Les característiques de la extinció làser són les següents:
(1) L'extinció per làser és un procés d'escalfament ràpid i de refrigeració autoexcitada, que no requereix conservació de la calor del forn ni extinció del refrigerant.És un procés de tractament tèrmic lliure de contaminació, verd i respectuós amb el medi ambient, i pot implementar fàcilment un apagat uniforme a la superfície de motlles grans;
(2) Com que la velocitat d'escalfament del làser és ràpida, la zona afectada per la calor és petita i l'extinció de l'escaneig de la superfície, és a dir, l'extinció de la calefacció local instantània, la deformació de la matriu tractada és molt petita;
(3) A causa del petit angle de divergència del feix làser, té una bona directivitat i pot apagar amb precisió la superfície del motlle mitjançant el sistema de guia de llum;
(4) La profunditat de la capa endurida de l'extinció de la superfície làser és generalment de 0,3-1,5 mm.
3. Recuit làser
El recuit làser és un procés de tractament tèrmic que utilitza làser per escalfar la superfície del material, exposar el material a altes temperatures durant molt de temps i després refredar-lo lentament.L'objectiu principal d'aquest procés és alliberar l'estrès, augmentar la ductilitat i la duresa del material i produir una microestructura especial.Es caracteritza per la capacitat d'ajustar l'estructura de la matriu, reduir la duresa, refinar els grans i eliminar l'estrès intern.En els darrers anys, la tecnologia de recuit làser també s'ha convertit en un nou procés en la indústria de processament de semiconductors, que pot millorar molt la integració dels circuits integrats.
4. Enfortiment de xoc làser
La tecnologia de reforç de xoc làser és una tecnologia nova i alta que utilitza l'ona de xoc de plasma generada per un fort feix làser per millorar la resistència a la fatiga, al desgast i a la corrosió dels materials metàl·lics.Té molts avantatges destacats, com ara cap zona afectada per la calor, alta eficiència energètica, velocitat de tensió ultra alta, forta controlabilitat i efecte d'enfortiment notable.Al mateix temps, l'enfortiment del xoc làser té les característiques d'una tensió de compressió residual més profunda, una millor microestructura i integritat superficial, una millor estabilitat tèrmica i una vida més llarga.En els darrers anys, aquesta tecnologia ha aconseguit un ràpid desenvolupament i té un gran paper a la indústria aeroespacial, de defensa nacional i militar i altres camps.A més, el recobriment s'utilitza principalment per protegir la peça de les cremades per làser i millorar l'absorció d'energia làser.Actualment, els materials de recobriment utilitzats habitualment són la pintura negra i el paper d'alumini.
El Laser Peening (LP), també conegut com a laser Shock Peening (LSP), és un procés aplicat en el camp de l'enginyeria de superfícies, és a dir, l'ús de raigs làser polsats d'alta potència per generar tensions residuals en materials per millorar la resistència al desgast. (com la resistència al desgast i la resistència a la fatiga) de les superfícies del material, o per millorar la resistència de les seccions primes dels materials per millorar la duresa superficial dels materials.
A diferència de la majoria de les aplicacions de processament de materials, LSP no utilitza potència làser per al tractament tèrmic per aconseguir l'efecte desitjat, sinó que utilitza l'impacte del feix per al processament mecànic.El raig làser d'alta potència s'utilitza per impactar la superfície de la peça objectiu amb pols curt d'alta potència.
El feix de llum impacta la peça metàl·lica, vaporitza la peça a un estat de plasma prim immediatament i aplica pressió d'ona de xoc a la peça de treball.De vegades s'afegeix una fina capa de material de revestiment opac a la peça de treball per substituir l'evaporació del metall.Per pressionar, s'utilitzen altres materials de revestiment transparents o capes d'interferència inercial per capturar plasma (normalment aigua).
El plasma produeix un efecte d'ona de xoc, remodela la microestructura superficial de la peça en el punt d'impacte i, a continuació, genera una reacció en cadena d'expansió i compressió del metall.La tensió de compressió profunda generada per aquesta reacció pot allargar la vida útil del component.
5. Aliatge per làser
L'aliatge làser és una nova tecnologia de modificació de superfícies, que es pot utilitzar per preparar recobriments compostos de cermet reforçats nanocristal·lins amorfs a la superfície de les peces estructurals d'acord amb les diferents condicions de servei dels materials d'aviació i les característiques de l'escalfament i la condensació del feix làser d'alta densitat d'energia, de manera que per aconseguir el propòsit de la modificació de la superfície dels materials d'aviació.En comparació amb la tecnologia d'aliatge làser, la tecnologia de revestiment làser té les característiques d'una petita proporció de dilució del substrat a la piscina fosa, una petita zona afectada per la calor, una petita deformació tèrmica de la peça i una petita taxa de ferralla de la peça després del tractament de revestiment làser.El revestiment làser pot millorar significativament les propietats superficials dels materials i reparar els materials desgastats.Té les característiques d'alta eficiència, velocitat ràpida, protecció del medi ambient verd i lliure de contaminació i bon rendiment de la peça després del tractament.
6. Revestiment làser
La tecnologia de revestiment làser també és una de les noves tecnologies de modificació de superfícies que representen la direcció de desenvolupament i el nivell de l'enginyeria de superfícies.La tecnologia de revestiment làser s'ha convertit en un punt d'investigació en la modificació de superfícies d'aliatges de titani a causa dels seus avantatges de combinació metal·lúrgica i lliure de contaminació entre el recobriment i el substrat.El recobriment ceràmic de revestiment làser o el recobriment compost reforçat amb partícules ceràmiques és una manera eficaç de millorar la resistència al desgast de la superfície de l'aliatge de titani.Segons les condicions reals de treball, seleccioneu el sistema de material adequat i la tecnologia de revestiment làser pot assolir els millors requisits de procés.La tecnologia de revestiment làser pot reparar diverses peces fallides, com ara les fulles d'un motor d'aeronau.
La diferència entre l'aliatge de superfície làser i el revestiment de superfície làser és que l'aliatge de superfície làser és barrejar completament els elements d'aliatge afegits i la capa superficial del substrat en estat líquid per formar una capa d'aliatge;El revestiment de la superfície làser és fondre tot el prerevestiment i microfondre la superfície del substrat, de manera que la capa de revestiment i el material del substrat formen una combinació metal·lúrgica i mantenen la composició de la capa de revestiment bàsicament sense canvis.L'aliatge làser i la tecnologia de revestiment làser s'utilitzen principalment per millorar la resistència al desgast de la superfície, la resistència a la corrosió i la resistència a la classificació dels aliatges de titani.
Actualment, la tecnologia de revestiment làser s'ha utilitzat àmpliament en la reparació i modificació de superfícies metàl·liques.Tanmateix, tot i que el revestiment làser tradicional té els avantatges i les característiques del processament flexible, la reparació en forma especial, l'additiu definit per l'usuari, etc., la seva eficiència de treball és baixa i encara no pot complir els requisits de producció i processament ràpid a gran escala. alguns camps de producció.Per tal de satisfer les necessitats de la producció en massa i millorar l'eficiència del revestiment, va néixer la tecnologia de revestiment làser d'alta velocitat.
La tecnologia de revestiment làser d'alta velocitat pot realitzar una capa de revestiment compacta i sense defectes.La qualitat superficial de la capa de revestiment és compacta, unió metal·lúrgica amb el substrat, sense defectes oberts i la superfície és llisa.No només es pot processar al cos giratori, sinó també a la superfície plana i complexa.Mitjançant l'optimització tècnica contínua, aquesta tecnologia es pot utilitzar àmpliament en carbó, metal·lúrgia, plataformes offshore, fabricació de paper, electrodomèstics civils, automòbils, vaixells, petroli, indústries aeroespacials i convertir-se en un procés de remanufactura verd que pot substituir la tecnologia tradicional de galvanoplastia.
7. Gravat làser
El gravat làser és un procés de processament làser que utilitza tecnologia CNC per projectar un feix làser d'alta energia a la superfície del material i utilitza l'efecte tèrmic generat pel làser per produir patrons clars a la superfície del material.La desnaturalització física de la fusió i la gasificació dels materials de processament sota la irradiació del gravat làser pot permetre que el gravat làser assoleixi finalitats de processament.El gravat làser consisteix a utilitzar làser per gravar paraules en un objecte.Les paraules tallades per aquesta tecnologia no tenen taques, la superfície de l'objecte és llisa i plana i la lletra no es portarà.Les seves característiques i avantatges inclouen: segur i fiable;Precís i meticulós, la precisió pot arribar als 0,02 mm;Estalviï la protecció del medi ambient i els materials durant el processament;Gravat d'alta velocitat i alta velocitat segons els dibuixos de sortida;Baix cost, no limitat per la quantitat de processament, etc.
8. Impressió làser 3D
El procés adopta la tecnologia de revestiment làser, que utilitza làser per irradiar el flux de pols transportat pel broquet per fondre directament la substància simple o la pols d'aliatge.Després que el raig làser surti, el líquid d'aliatge es solidifica ràpidament per realitzar el prototipat ràpid de l'aliatge.Actualment, s'ha utilitzat àmpliament en modelatge industrial, fabricació de maquinària, aeroespacial, militar, arquitectura, cinema i televisió, electrodomèstics, indústria lleugera, medicina, arqueologia, cultura i art, escultura, joieria i altres camps.
9. Aplicacions industrials típiques del tractament de superfícies i remanufacturació làser
Actualment, les tecnologies, processos i equips de tractament de superfícies amb làser i fabricació additiva s'utilitzen àmpliament en metal·lúrgia, maquinària minera, motlles, energia del petroli, eines de maquinari, trànsit ferroviari, aeroespacial, maquinària i altres indústries.
10. Aplicació de la tecnologia de galvanoplastia làser
La galvanoplastia làser és una nova tecnologia de galvanoplastia de feix d'alta energia, que és de gran importància per a la producció i reparació de dispositius microelectrònics i circuits integrats a gran escala.En l'actualitat, encara que el principi de galvanoplastia làser, ablació làser, deposició làser de plasma i raig làser encara estan en investigació, les seves tecnologies s'han aplicat.Quan un làser continu o làser de pols irradia la superfície del càtode al bany de galvanoplastia, no només es pot millorar considerablement la taxa de deposició de metall, sinó que també es pot utilitzar l'ordinador per controlar la trajectòria del feix làser per obtenir el recobriment no blindat del geometria complexa esperada.
L'aplicació de la galvanoplastia làser a la pràctica es basa principalment en les dues característiques següents:
(1) La velocitat a l'àrea d'irradiació làser és molt superior a la velocitat de galvanoplastia del cos (unes 103 vegades);
(2) La capacitat de control del làser és forta, cosa que pot fer que la part necessària del material precipiti la quantitat necessària de metall.La galvanoplastia ordinària té lloc a tot el substrat de l'elèctrode i la velocitat de galvanoplastia és lenta, de manera que és difícil formar patrons complexos i fins.La galvanoplastia làser pot ajustar el feix làser a la mida del micròmetre i realitzar un traçat sense blindatge a la mida del micròmetre.Per al disseny de circuits, la reparació de circuits i la deposició local dels components del connector microelectrònic, aquest tipus de mapeig d'alta velocitat és cada cop més pràctic.
En comparació amb la galvanoplastia ordinària, els seus avantatges són:
(1) Velocitat de deposició ràpida, com ara xapat d'or làser fins a 1 μ M/s, xapat de coure làser fins a 10 μ M/s, xapat d'or làser de fins a 12 μ M/s, xapat de coure làser de fins a 50 μ m/s;
(2) La deposició de metalls només es produeix a la zona d'irradiació làser, i el recobriment de deposició local es pot obtenir sense mesures de blindatge, simplificant així el procés de producció;
(3) L'adhesió del recobriment millora molt;
(4) Control automàtic fàcil de realitzar;
(5) Estalviar metalls preciosos;
(6) Estalvieu la inversió en equips i el temps de processament.
Quan un làser continu o un làser d'impuls irradia la superfície del càtode al bany de galvanoplastia, no només es pot millorar molt la taxa de deposició de metall, sinó que també l'ordinador pot controlar la pista de moviment del feix làser per obtenir el recobriment sense blindatge amb el complex esperat. geometria.La nova tecnologia actual de galvanoplastia millorada per làser combina la tecnologia de galvanoplastia millorada amb làser amb la polvorització de la solució de galvanoplastia, de manera que el làser i la solució de xapat poden disparar simultàniament a la superfície del càtode i la velocitat de transferència de massa és molt més ràpida que la velocitat de transferència de massa. de la micro agitació provocada per la irradiació làser, aconseguint així una velocitat de deposició molt elevada.
Desenvolupament futur i innovació
En el futur, la direcció de desenvolupament dels equips de tractament de superfícies amb làser i fabricació additiva es pot resumir de la següent manera:
·Alta eficiència: alta eficiència de processament, que compleix el ràpid ritme de producció de la indústria moderna;
·Alt rendiment: l'equip té funcions diversificades, un rendiment estable i és adequat per a diferents condicions de treball;
·Alta intel·ligència: el nivell d'intel·ligència millora constantment, amb menys intervenció manual;
·Baix cost: el cost de l'equip és controlable i es redueix el cost dels consumibles;
·Personalització: personalització personalitzada de l'equip, servei postvenda precís,
·I compostatge: combinant la tecnologia làser amb la tecnologia de processament tradicional.
Hora de publicació: 17-set-2022