công nghệ xử lý bề mặt bằng laser

Công Nghệ Xử Lý Bề Mặt Bằng Laser Laser xử lý vật liệu Laser đã trở thành công cụ linh hoạt mạnh mẽ để xử lý vật liệu. Trong ứng dụng công nghiệp, tia laser coi thiết bị để sản xuất chỉnh tinh, nguồn nhiệt dễ dàng thao tác mật độ lượng cao Khả tạo mật độ lượng lên đến 10   W/cm   giấy phép của laser công suất cao được sử dụng cho loạt ứng dụng lĩnh vực gia cơng kim loại. Các thơng số xác định phương thức hoạt động cụ thể áp dụng mật độ lượng và thời gian tương tác (dừng) (thời gian thời gian chùm tia laser tương tác với vật liệu xử lý.) Ứng dụng xử lý vật liệu với xạ laser bị chi phối ba loại nguồn laser: + CO 2   laser + Laser YAG: Nd + laser excimer Hình 1. Cho thấy chế độ hoạt động cho chế biến laser vật liệu Xử lý bề mặt Laser Đó tuyên bố việc xử lý laser bề mặt có tiềm tăng trưởng lớn lĩnh vực chế biến vật liệu laser Xử lý bề mặt Laser cung cấp loạt khả để đạt tính chất bề mặt mong muốn. Điều sử dụng để làm giảm hao mòn cải thiện khả chống mệt mỏi thành phần máy tính đặc biệt nơi lớp bề mặt cứng yêu cầu sở vật liệu khó khăn rẻ nơi khơng có biến dạng nhiệt đo lường cho phép Nguyên tắc xử lý bề mặt laser thay đổi bề mặt kết tương tác chùm ánh sáng kết hợp với mật độ lượng cao, bề mặt bầu không khí quy định (khí chân khơng, bảo vệ chế biến) Ánh sáng tạo cộng hưởng hướng lên bề mặt mẫu thông qua hệ thống quang học truyền (hệ thống gương hay sợi quang học). Bắt đầu từ lượng điện quang trung bình định, mật độ u cầu quyền lực, tỷ số công suất đến khu vực chỗ tập trung, phân bố cường độ suốt chùm sửa đổi chùm tập trung quang học hình chùm ống kính, gương, đơn vị quét tích hợp chùm Trong chuyển động chùm tia laser phơi, mơ hình theo dõi liên tục tạo bề mặt thành phần. Thời gian tương tác sau xác định mặt cắt ngang chùm tỷ lệ thức ăn. Tùy thuộc vào loại trình hình dạng phôi dịch giai đoạn, hệ thống cổng thông tin robot sử dụng mà chuyển động tương đối đạt được. Các phần hệ thống xử lý phù hợp tia phôi phụ thuộc chủ yếu vào yêu cầu xác, tốc độ xử lý quần chúng mà phải xử lý. Thời gian để buộc liên kết phơi chi phí đầu tư cân nhắc quan trọng khác Hình Nguyên tắc xử lý bề mặt laser Ưu 3.1 Ưu 3.1.1 điểm điểm Tiêu xử thụ nhược lý nhiệt điểm Laser lượng có thể giới Laser xem hạn Xử xét từ lý khía hậu cạnh bề khác mặt nhau: nó: - Tiết kiệm lượng so với quy trình xử lý nhiệt bề mặt thông thường lợi quan trọng - nhiệt giới hạn có lớp nông khối lượng nhỏ, khu trú vào vùng cần thiết; - Do đầu vào lượng tối thiểu, biến dạng nhỏ thay đổi chiều phơi sau xử lý nhiệt; - Khơng có nhu cầu cơng thức tối thiểu phận cách mài có nghĩa tiết kiệm lượng 3.1.2. Các khía cạnh mơi trường: - Bề mặt cứng đạt tự dập tắt lớp bề mặt q nóng thơng qua dẫn nhiệt vào số lượng lớn lạnh vật liệu; - Kể từ xử lý nhiệt thực mà khơng có đại lý cho dập tắt, thủ tục mà không cần phải làm rửa phôi sau xử lý nhiệt; 3.1.3. Tính linh hoạt suất q trình: - Đầu vào lượng điều chỉnh phạm vi rộng cách thay đổi nguồn lượng laser, với việc tập trung ống kính có trọng tâm khác nhau, mức độ khác phân kỳ (vị trí ống kính tiêu cự phôi chùm tia laser với); - Khả chuyển đổi chùm tia laser máy trạm thiết bị quang học đơn giản môi trường khơng khí; - Hệ thống quang học thích nghi với hình dạng độ phức tạp sản phẩm phương tiện hình dạng khác ống kính gương; - Nó làm nhiệt-xử lý phần nhỏ lớn với hình dạng phức tạp bao gồm lỗ khoan nhỏ điều trị  khu vực tiếp cận; - Các phương hướng tia bề mặt phôi thực với hỗ trợ máy tính; - Xử lý nhiệt laser thuận tiện cho việc sản xuất cá thể khối lượng phận; - Tái lặp độ tin cậy chất lượng lớp bề mặt xử lý với độ sâu điều khiển xác độ rộng lớp;       - Mức độ cao phù hợp cho dây chuyền sản xuất kết hợp tự động hóa thủ tục 3.2. Việc sử dụng laser để xử lý nhiệt có khó khăn sau đây: - Phân phối lượng không đồng chùm tia laser; - Trường nhiệt độ hẹp đảm bảo thay đổi cấu vi nhằm mục đích;  - Điều chỉnh chuyển động học điều kiện phôi chùm tia laser để hình dạng sản phẩm khác nhau; - Kém sự hấp thụ ánh sáng laser tương tác với bề mặt vật liệu kim loại Như với tất phương pháp tia lượng khác, bề mặt xử lý phải tiến xây dựng lên loạt nhạc trùng lặp. Theo dõi độ rộng khác tùy theo loại thời gian tương tác laser mật độ lượng, thường là ~ 0,5-2 mm. Do đó, nhiều đèo tia lượng yêu cầu trước xử lý xong. Tuy nhiên, tia lượng có tốc độ quét thường nhanh chóng, thời gian xử lý kinh tế cho thành phần đơn vị Phân loại Laser Quy trình Xử lý bề mặt Việc phân loại phổ biến cung cấp cho trình LST tìm thấy tài liệu kỹ thuật sử dụng ba loại sau đây: a) sưởi ấm bề mặt laser b) nóng chảy bề mặt laser c) laze bề mặt gây sốc Phân loại tiếp tục thực theo thay đổi cấu vi hóa học - thể trong hình 4.3 Sốc làm cứng Các nguyên tắc sốc làm cứng tiếng, ứng suất cao sóng xung kích, tạo vụ nổ hay tác động, phát triển dòng nhựa đáng kể bề mặt kim loại mật độ trật khớp cao sản xuất với cải thiện tiềm tính chất vật lý khí Nếu chùm tia laser áp dụng thời gian tương tác ngắn cho bề mặt với mật độ lượng cao, tạo sóng xung kích Chiều dài xung số giây pico đến vài trăm nano giây mật độ công suất 108-109 W/cm2 Một tia laser xung sử dụng để chọn lọc loại bỏ bề mặt vật liệu Quá trình sử dụng mật độ lượng cao đề cập thời gian tương tác ngắn để làm việc vật liệu cứng với sóng xung kích tạo bay chất  thuộc chùm tia laser xung Quá trình áp dụng ứng dụng công nghiệp Laser Xử lý bề mặt Xem xét đa dạng q trình xử lý bề mặt Laser, dễ dàng nhận ra, tất quy trình dựa hiệu ứng nhiệt điều khiển thơng số q trình, gây thay đổi vi cấu trúc để cung cấp kết hợp nhằm thuộc tính dịch vụ Các thơng số ảnh hưởng đến kết LST chia thành hai loại chính: - Các thơng số cơng nghệ chùm tia laser áp dụng, bao gồm cả: + Điện áp dụng + Kích thước hình dạng chùm tia chỗ + Phân bố mật độ điện bề mặt xử lý + Vận tốc quét chùm (tốc độ ngang di chuyển) - Đặc điểm vật liệu xử lý: + Nhiệt dung riêng vật liệu + Mật độ vật liệu + Dẫn nhiệt + Hệ số hấp thụ (trong chức chiều dài sóng) + Nhiệt độ then chốt nhiệt ẩn biến đổi pha Hơn thơng số quan trọng bắt nguồn từ liệu liệt kê trên: Mật độ công suất = công suất Laser / khu vực chiếu xạ Ở thời gian tương tác = chiều dài quét / tốc độ qua   Khi lựa chọn trình điều trị laser phù hợp quy định thơng số q trình, đặc biệt cần ý đến phân bố nhiệt độ mong muốn để có 6.Laser Xử lý bề mặt vật liệu mơ Quy trình thí nghiệm: Thiết lập laser CO2 Sóng dài: 10,6 mm; Điện: thay đổi (1, 2, 3) kW; Tần số: liên tục sóng (50 kHz); Laze đường kính đầu ống hút: mm Đường kính chùm tia laser: 1,44 mm; Tốc độ quét: (300.500.700) mm / phút; Khí bảo vệ: Argon Chất liệu sử dụng cho thí nghiệm: hình sử dụng FEM Thiết lập phơi Góc người đứng đầu laser bề mặt phôi: 900; Mn phôi bề mặt: 20 mm; Khoảng cáchCgiữa vòi phun laser đầu Kích thước phơi: 0.50                  570.16× 28 × 15 (mm); C15 Msz 31 Si S P 0.27 0.024 0.016 Kết thực nghiệm:  P  V= 300 mm/min  V= 500 mm/min  V= 700 mm/min = 1000 W  P = 2000 W  P = 3000 W Xử lý vùng phân tích: Chiều sâu vùng, (mm) - xác định tiêu chí Tốc độ qt Cơng suất kW (mm / phút) T>Tmelting T>Ac3 T>Ac1 300 0.05 0.22 0.54 500 0.15 0.43 700 0.15 0.46 300 0.65 0.8 1.06 500 0.53 0.68 0.86 700 0.46 0.52 0.66 300 0.68 0.9 1.25 500 0.68 0.72 1.08 700 0.5 0.61 0.85 Kiểm tra vi cấu trúc: 500 mm/min 300 mm/min Hardness (HV) 200 400 200 w idth (m m ) w idth(mm) 500 mm/min 700 mm/min 600 Hardness(HV) 400 200 600 400 200 0 depth(m m ) 200 w idth (m m) 300 mm/min 600 400 Hardness(HV) Hardness (HV) 400 600 Hardness(HV) 600 600 Har d n e s s (HV ) 700 mm/min depth(m m) 400 200 depth(m m ) 7.Mô hình xử lý bề mặt Laser: Phương pháp thực nghiệm: • • • • • • • Lớp thép C45, C60, S100 (tiêu chuẩn Hungary) Kích thước làm việc 6056 10 (mm) Đường kính chùm tia Laser 10 (mm) kết hợp công nghệ paramerter: Công suất Laser 1,2,3 (kW) Quét  giá 300.500.700 (mm / phút) Bề mặt phủ than chì Các giai đoạn chuẩn bị: • • • • • Cắt- thực máy cắt tia nước Nghiền Đánh bóng thơ Tinh Các mẫu mặt cắt khắc Nital Vĩ mô & vi mô đặt đồng với kết HV độ cứng tế vi Laser xử lý thép C45: mm mm mm P = kW, v = 300 mm/min P = kW, v = 500 mm/min P = kW, v = 700 mm/min 300 mm/min 500 mm/min 800 600 400 200 -6.4 -4.8 -3.2 -1.6 1.6 3.2 4.8 6.4 Width(mm) 800 600 Hardness(HV) Hardness(HV) Hardness(HV) 800 700 mm/min 400 200 -6.4 -4.8 -3.2 -1.6 1.6 Width(mm) 3.2 4.8 6.4 600 400 200 -6.4 -4.8 -3.2 -1.6 1.6 3.2 Widht(mm) 4.8 6.4 Kết thực nghiệm: • Khơng có thay đổi đáng kể quan sát cho cơng suất laser kW • Đối với suất laser kW, độ sâu chuyển đổi giai đoạn giảm tốc độ quét nhanh • tốc độ quét chậm gây đường cứng rắn rộng sâu • Đối với lượng laser cao với tỷ lệ quét nhanh độ cứng cao đạt • Austenit đồng thu tốc độ qt chậm Ba mơ hình hóa thứ ngun: • • • Các hình học tương tự xây dựng phần mềm SYSWELD thí nghiệm ban đầu Một nguồn nhiệt hình nón thực vào SYSWELD cách sử dụng chương trình FORTRAN đơn giản hóa Do tính đối xứng phơi, lưới tốt tạo giống có nửa phôi Laser công suất 3kw: v=300 mm/min v=500 mm/min v=700 mm/min Những đường cong thời gian, nhiệt độ: node 5413 node 5414 node 5415 node 5416 node 5417 node 5418 Temp.(°C) 2000 18 mm 1800 1600 1400 Ac 1200 1000 A 800 Ac 3 600 400 200 time,s 0 Mẫu hình nón Gaussian: v=500 mm/min v=500 mm/min qmax z x y Mẫu hình nón Gaussian: Te m p ( ° C ) 800 Time-temp Cycles for C60 steel, at kW and scanning speed 500 mm/min for: 1600 Conical heat source model Gaussian heat source model 1400 1200 1000 800 600 400 200 ti m e , s 0 0.5 1.5 2.5 3.5 Kết mơ phỏng: • • • • • • Cao lượng laser, cao nhiệt độ Kích thước điểm chịu ảnh hưởng lớn laser lượng tốc độ quét Những đường cong thời gian Nhiệt độ làm mát nhanh xảy Yếu tố dẫn nhiệt lớn hơn, thấp nhiệt độ Mơ hình Gaussian thu chu kỳ dốc sắc nét so với mơ hình nón Thay đổi yếu tố hấp thụ kết tăng 0,1 bước khác biệt 200-300 ° C nhiệt độ tối đa ... biến laser vật liệu 2 Xử lý bề mặt Laser Đó tuyên bố việc xử lý laser bề mặt có tiềm tăng trưởng lớn lĩnh vực chế biến vật liệu laser Xử lý bề mặt Laser cung cấp loạt khả để đạt tính chất bề mặt. .. sóng xung kích tạo bay chất  thuộc chùm tia laser xung Quá trình áp dụng ứng dụng công nghiệp Laser Xử lý bề mặt Xem xét đa dạng trình xử lý bề mặt Laser, dễ dàng nhận ra, tất quy trình dựa hiệu... Hình Nguyên tắc xử lý bề mặt laser Ưu 3.1 Ưu 3.1.1 điểm điểm Tiêu xử thụ nhược lý nhiệt điểm Laser lượng có thể giới Laser xem hạn Xử xét từ lý khía hậu cạnh bề khác mặt nhau: nó: - Tiết kiệm