Công nghệ xử lý bề mặt bằng Laser

Làm nguội bằng laser

Làm nguội bằng laser là một trong những giải pháp xử lý các thành phần phức tạp có ứng suất cao. Nó có thể làm cho các bộ phận có độ mài mòn cao như trục cam và dụng cụ uốn chịu ứng suất cao hơn và kéo dài tuổi thọ của chúng.

Nguyên lý của nó là sắp xếp lại các nguyên tử carbon trong mạng kim loại (austenite), sau đó chùm tia laser làm nóng đều bề mặt dọc theo hướng cấp liệu. Khi chùm tia laser di chuyển, vật liệu xung quanh nguội đi nhanh chóng và mạng kim loại không thể trở lại dạng ban đầu, do đó tạo ra martensite, làm tăng đáng kể độ cứng. Độ sâu hóa cứng của lớp thép cacbon bên ngoài đạt được bằng quá trình làm cứng bằng laser thường là 0.1-1.5 mm và có thể là 2,5 mm hoặc cao hơn trên một số vật liệu.

So với các phương pháp dập tắt truyền thống, ưu điểm của nó là:
1. Lượng nhiệt đầu vào có mục tiêu được giới hạn ở các khu vực cục bộ nên hầu như không có hiện tượng cong vênh linh kiện trong quá trình xử lý. Chi phí làm lại được giảm bớt hoặc thậm chí được loại bỏ hoàn toàn;
2. Nó cũng có thể được làm cứng trên các bề mặt hình học phức tạp và các bộ phận chính xác, đồng thời có thể đạt được độ cứng chính xác của các bề mặt chức năng hạn chế cục bộ mà các phương pháp làm nguội truyền thống không thể làm nguội được;
3. Không bị biến dạng. Trong các quy trình làm cứng thông thường, biến dạng xảy ra do năng lượng đầu vào và quá trình làm nguội cao hơn, nhưng trong các quy trình làm cứng bằng laser, nhiệt đầu vào có thể được kiểm soát chính xác nhờ công nghệ laser và kiểm soát nhiệt độ. Các bộ phận hầu như vẫn giữ nguyên tình trạng ban đầu;
4. Hình dạng độ cứng của bộ phận có thể được thay đổi nhanh chóng "nhanh chóng". Điều này có nghĩa là không cần phải chuyển đổi quang học/toàn bộ hệ thống.

Kết cấu bằng laser

Tạo kết cấu bằng laser là một trong những phương pháp xử lý để biến đổi bề mặt vật liệu kim loại. Trong quá trình cấu trúc, tia laser tạo ra các hình dạng hình học được sắp xếp đều đặn theo lớp hoặc chất nền để sửa đổi cụ thể các đặc tính kỹ thuật và phát triển các chức năng mới. Quá trình này bao gồm việc sử dụng bức xạ laser, thường là laser xung ngắn, để tạo ra các hình dạng hình học được sắp xếp đều đặn trên bề mặt theo cách lặp lại. Chùm tia laze làm tan chảy vật liệu một cách có kiểm soát và đông đặc lại thành cấu trúc xác định với quy trình quản lý phù hợp.

Xử lý bề mặt đầy màu sắc bằng laser

Ủ bằng laser thường được sử dụng trong xử lý bề mặt đầy màu sắc bằng laser, còn được gọi là đánh dấu màu bằng laser. Nguyên tắc của quy trình là khi tia laser làm nóng vật liệu, kim loại sẽ được nung nóng cục bộ đến nhiệt độ thấp hơn một chút so với điểm nóng chảy của nó. Dưới các thông số quy trình thích hợp, cấu trúc của cổng sẽ thay đổi vào thời điểm này; một lớp oxit sẽ được hình thành trên bề mặt phôi và lớp màng này sẽ được tiếp xúc với ánh sáng. Dưới sự chiếu xạ, sự giao thoa của ánh sáng tới khiến cho nhiều màu sắc ủ khác nhau xuất hiện vào thời điểm này. Lớp đánh dấu ảo được tạo ra trên bề mặt thay đổi theo các góc nhìn khác nhau và các kiểu đánh dấu cũng sẽ thay đổi thành nhiều màu sắc khác nhau. màu sắc.

Những màu này có nhiệt độ ổn định lên tới khoảng 200 độ. Ở nhiệt độ cao hơn, cổng trở về trạng thái ban đầu - dấu vết biến mất. Chất lượng bề mặt sẽ còn nguyên vẹn. Nó có mức độ bảo mật và truy xuất nguồn gốc cao trong các ứng dụng chống hàng giả. Nó đã được sử dụng trong công nghệ y tế từ lâu và ngoài khả năng đánh dấu màu đen mới bằng laser xung cực ngắn, nó còn lý tưởng để đánh dấu sản phẩm và do đó có khả năng truy xuất nguồn gốc duy nhất theo chỉ thị UDI.

Tấm ốp laze

Đây là một quy trình sản xuất bồi đắp phù hợp cho vật liệu lai kim loại và gốm kim loại. Điều này cho phép bạn tạo hoặc sửa đổi các hình dạng hình học 3D. Sử dụng phương pháp sản xuất này, tia laser cũng có thể thực hiện sửa chữa hoặc phủ. Vì vậy, trong ngành hàng không vũ trụ, sản xuất bồi đắp được sử dụng để sửa chữa các cánh tuabin. Trong chế tạo dụng cụ và khuôn, các cạnh và bề mặt chức năng bị nứt hoặc mòn có thể được sửa chữa hoặc thậm chí được bọc thép một phần. Để bảo vệ chống mài mòn và ăn mòn, các vị trí vòng bi, con lăn hoặc các bộ phận thủy lực được phủ trong lĩnh vực công nghệ năng lượng hoặc hóa dầu. Và sản xuất bồi đắp cũng được sử dụng trong sản xuất ô tô. Một số lượng lớn các thành phần đã được cải thiện ở đây. Trong lớp phủ kim loại bằng laze thông thường, trước tiên chùm tia laze làm nóng cục bộ phôi và sau đó tạo thành bể nóng chảy. Bột kim loại mịn sau đó được phun trực tiếp vào bể nóng chảy từ vòi của đầu xử lý laser. Trong quá trình phủ kim loại bằng laser tốc độ cao, các hạt bột được nung nóng gần như đến nhiệt độ nóng chảy ngay trên bề mặt chất nền. Do đó, cần ít thời gian hơn để làm tan chảy các hạt bột. Tác dụng: Cải thiện đáng kể tốc độ xử lý. Do hiệu ứng nhiệt nhỏ hơn, các vật liệu rất nhạy cảm với nhiệt như hợp kim nhôm và hợp kim gang cũng có thể được phủ bằng tấm ốp kim loại bằng laser tốc độ cao. Quy trình HS-LMD cho phép tạo ra vận tốc bề mặt rất cao lên tới 1500 cm2/phút trên các bề mặt đối xứng quay. Đồng thời, đạt được tốc độ cấp liệu lên tới vài trăm mét mỗi phút. Sửa chữa các bộ phận hoặc khuôn đắt tiền một cách nhanh chóng và dễ dàng bằng tấm ốp kim loại bằng tia laser. Những hư hỏng lớn nhỏ đều có thể được sửa chữa nhanh chóng và hầu như không để lại dấu vết. Thiết kế cũng có thể được thay đổi. Điều này tiết kiệm thời gian, năng lượng và vật liệu. Đặc biệt đối với những kim loại đắt tiền như niken hoặc titan thì nó khá đáng giá. Ví dụ ứng dụng điển hình là cánh tuabin, các loại piston, van, trục hoặc khuôn khác nhau.

Xử lý nhiệt bằng Laser

Hàng ngàn tia laser nhỏ (VCSEL) được gắn trên một con chip. Mỗi máy phát được trang bị 56 chip này và một mô-đun bao gồm một số máy phát. Một vùng bức xạ hình chữ nhật có thể chứa hàng triệu tia laser nhỏ và có thể tạo ra công suất laser hồng ngoại vài kilowatt. VCSEL tạo ra chùm tia hồng ngoại gần với cường độ bức xạ 100 W/cm2 thông qua mặt cắt ngang chùm tia hình chữ nhật lớn, có hướng. Về nguyên tắc, công nghệ này phù hợp với mọi quy trình công nghiệp đòi hỏi phải kiểm soát nhiệt độ và bề mặt cực kỳ chính xác. Mô-đun xử lý nhiệt bằng laser đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng sưởi ấm diện rộng đòi hỏi độ chính xác và tính linh hoạt nghiêm ngặt. So với các phương pháp gia nhiệt truyền thống, quy trình gia nhiệt mới này có tính linh hoạt, độ chính xác cao hơn và tiết kiệm chi phí hơn.

Công nghệ này có thể được sử dụng để bịt kín các tấm pin dạng túi để ngăn lá nhôm bị nhăn, từ đó kéo dài tuổi thọ của pin. Nó cũng có thể được sử dụng trong các ứng dụng như sấy lá nhôm cho pin, tấm pin mặt trời làm ướt ánh sáng và các khu vực xử lý chính xác cần được làm nóng trên các vật liệu cụ thể như thép và tấm silicon.

Đánh bóng bằng laze

Cơ chế của công nghệ đánh bóng bằng laser là nóng chảy bề mặt hẹp và nóng chảy quá mức bề mặt, dựa vào sự nấu chảy lại bề mặt và tái đông đặc của lớp được nung lại bằng laser. Khi bề mặt kim loại được chiếu xạ bằng tia laser năng lượng đủ cao, bề mặt của nó sẽ trải qua một mức độ nóng chảy, phân phối lại và ứng suất kéo bề mặt và trọng lực nhất định, đạt được bề mặt nhẵn trước khi hóa rắn. Toàn bộ độ dày của lớp nóng chảy nhỏ hơn chiều cao từ máng đến đỉnh, cho phép toàn bộ kim loại nóng chảy lấp đầy các máng gần đó. Động lực cho quá trình lấp đầy này đạt được thông qua hiệu ứng mao dẫn, trong khi lớp nóng chảy dày hơn sẽ thúc đẩy kim loại lỏng. Động lực tạo ra dòng chảy ra ngoài từ tâm bể nóng chảy là hiệu ứng mao quản nhiệt hoặc hiệu ứng Marconi, giúp phân phối lại nó.

Laser Shot Peening / Tăng cường sốc bằng laser

Làm mờ sốc bằng laser, còn được gọi là làm mờ bằng laser, chiếu xạ bề mặt của các bộ phận kim loại với mật độ năng lượng cao, laser xung ngắn, tiêu điểm cao (λ=1053nm) và bề mặt kim loại (hoặc lớp hấp thụ) ngay lập tức được hình thành dưới tác dụng của tia laser mật độ năng lượng cao. Plasma phát nổ và sóng xung kích nổ được truyền vào bên trong bộ phận kim loại dưới sự ràng buộc của lớp ràng buộc, làm cho các hạt bề mặt trải qua biến dạng dẻo nén và thu được các hiệu ứng tăng cường bề mặt như ứng suất nén dư và sàng lọc hạt trong bề mặt chi tiết dày hơn. So với nổ mìn cơ học truyền thống, nó có những ưu điểm sau:

1. Tính định hướng mạnh: tia laser tác động lên bề mặt kim loại ở một góc có thể điều khiển được, hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao, trong khi góc va chạm của đạn cơ học là ngẫu nhiên;
2. Lực lớn: áp suất tức thời được tạo ra bởi vụ nổ plasma bắn tia laser cao tới vài GPa; mật độ năng lượng cao: mật độ năng lượng cực đại của sốc laser đạt từ vài đến hàng chục GW/cm2;
3. Tính toàn vẹn bề mặt tốt: Sốc laser hầu như không có tác dụng phún xạ trên bề mặt, trong khi sau khi bắn cơ học, hình thái bề mặt bị hư hỏng và xảy ra hiện tượng tập trung ứng suất. Giá trị ứng suất nén tối đa sau tác động của tia laze sẽ tốt hơn, ứng suất nén dư bề mặt tăng khoảng 40% đến 50%, tuổi thọ mỏi, khả năng chịu nhiệt độ cao, tạo hình uốn cong và các chỉ số liên quan khác của phôi được cải thiện đáng kể. Nó đã được sử dụng trong xử lý bề mặt máy bay, xử lý bề mặt động cơ máy bay và các lĩnh vực khác.