Analiza procesa laserskega površinskega kaljenja in njegovih vplivnih dejavnikov
Na področju krepitve industrijskega kovinskega dela je postopek laserskega utrjevanja površin postal ena glavnih tehnologij za reševanje težav z obrabo in korozijo, zahvaljujoč prednostim "natančnega ogrevanja, nizke deformacije in visoke krepitvene učinkovitosti". Ta postopek dosega hitro ogrevanje in hlajenje z opremo za lasersko utrjevanje, končna kakovost utrjene plasti (dimenzijska natančnost in mehanske lastnosti) pa ni odvisna le od znanstvene regulacije procesnih parametrov, ampak tudi neposredno od stabilnosti ključnih komponent opreme. Ta članek bo sistematično analiziral temeljna načela, ključne parametre, vplive na opremo in pomožne pogoje postopka laserskega kaljenja površin ter povzeli smer optimizacije procesa in opreme, kar zagotavlja reference za industrijske aplikacije.
Temeljna načela in krepitev ciljev procesa laserskega površinskega utrjevanja
Jedra logika postopka laserskega kaljenja površine je "lokalni natančen termični cikel": visok - energetski žarek, ki ga oddaja laserska oprema za utrjevanje, deluje na površini kovinskih delov, ki segreva površinsko plast nad kritično temperaturo austenizacije (AC3), vendar pod površino, ki je v izjemno kratkem času (milisekonde v izjemno kratki čas; Nato se hitro hlajenje doseže s self - hlajenjem matrice dela ali pomožnega hlajenja z opremo (npr. Air - pihanja), ki spodbuja tvorbo martenzitne strukture v površinski plasti in na koncu doseže cilj krepitve površine.
Cilji krepitve jedra tega procesa so razdeljeni v dve kategoriji: ena je dimenzionalna parametra (utrjena širina plasti, globina in hrapavost površine), ki neposredno vplivajo na natančnost sestavljanja in videz delov; Drugi so parametri zmogljivosti (površinska trdota, odpornost proti obrabi in mikrostrukturna enotnost), ki določajo življenjsko dobo delov. Ti dve kategoriji skupaj tvorita ocenjevalno jedro učinkovitosti procesa.
Ključni parametri laserskega postopka kaljenja površine in njihove regulacijske logike
Učinkovitost laserskega kaljenja površin določa predvsem trije jedrni parametri: "Laserska moč (P), hitrost skeniranja (V) in velikost točke (D)". Te parametre je treba natančno regulirati s krmilnim sistemom laserske opreme za utrjevanje, trije pa vplivajo na lasersko gostoto moči (gostota moči=p / točkovno območje), kar posledično določa temperaturo zadrževanja in čas zadrževanja med postopkom utrjevanja.
Specifična regulacijska logika je naslednja: globina utrjene plasti je sorazmerna z lasersko močjo (večja je moč, močnejša je ogrevalna energija in globlje plast; vendar bo prekomerna moč povzročila taljenje površine in poškodovala geometrijsko obliko); Je obratno sorazmerna z velikostjo točke in hitrostjo skeniranja (večja je mesto, bolj razprši energijo in plitvejša je plast; počasnejša hitrost skeniranja, daljši čas zadrževanja in globlje plast; vendar bo pretirano počasna hitrost vodila do nezadostne hitrosti ohlajanja in neuspešnosti marsitativne transformacije). V praktičnih aplikacijah je potrebno večkratno odpravljanje napak opreme, da bi našli območje ravnotežja treh parametrov in se izognili "Over - utrjevanju" ali "pod - utrjevanje".
Vpliv ključnih komponent opreme za lasersko otrditev na učinkovitost procesa
Laserska oprema za utrjevanje je temelj za izvajanje procesov, delovanje njegovih ključnih komponent pa neposredno določa stabilnost procesa in kakovost utrjene plasti. Med njimi laserski generator kot jedro proizvodnje energije neposredno vpliva na enakomernost segrevanja -, če moč niha, bo verjetno povzročil neenakomerno lokalno ogrevanje na površini dela, kar posledično vodi do trdote in spodkopava konsistenco uspešnosti otrdenega sloja; Sistem skeniranja je odgovoren za uravnavanje hitrosti skeniranja in vzorca skeniranja (npr. Spirala, vzajemna); Ko hitrost skeniranja odstopa, bo neposredno spremenila čas zadrževanja laserja na površini dela in vplivala na stopnjo austenizacije; Nerazumna zasnova vzorca skeniranja lahko povzroči nepopolno pokritost ali pretirano prekrivanje utrjenega območja, kar zmanjša splošni krepitveni učinek dela; Sistem optične poti se loti naloge uravnavanja velikosti točke in žarišča snopa; Če je natančnost velikosti točke nezadostna, bo laserska energija neenakomerno porazdeljena na površini dela, kar ima za posledico neskladno globino utrjene plasti; odstopanje goriščne razdalje žarka bo neposredno spremenilo dejansko gostoto moči, ki deluje na površino materiala, kar bo odstopalo od prednastavljenih parametrov postopka utrjevanja; Vloga pomožnih naprav (npr. Air - pihalni sistemi) je prav tako ključna - z inertnim pihanjem plina, ne le preprečujejo oksidacijo površine dela pri visokih temperaturah in zagotavljajo, da hrapavost površine ustreza standardom, ampak tudi pri hitrem hlajenju; Nezadostno hlajenje bo vplivalo na normalno tvorbo martenzitne strukture in privedlo do neupoštevanja oblikovanih potreb po trdoti površine. Očitno je, da sta natančnost in stabilnost komponent opreme ključna garancija za izvajanje procesnih parametrov.
Dodatni vpliv materialnih lastnosti in pomožnih pogojev na postopek laserskega utrjevanja
Poleg procesnih parametrov in opreme, materialne lastnosti in pomožni pogoji vplivajo tudi na končni učinek in jih je treba upoštevati v skladu s postopkom in opremo:
Glede na lastnosti materiala materialna sestava (npr. Vsebnost ogljika, delež zlitin elementa) določa sposobnost martenzitne transformacije; Začetno stanje (žarjeno stanje / normalizirano stanje) vpliva na učinkovitost avstenizacije; Manjše je razmerje med kritično temperaturo avstenitizacije (AC3) in talilno točko materiala (TM), širše je temperaturno temperaturo dovoljenega faznega transformacije in globlje utrjena plast;
Glede na pomožne pogoje lahko površinska predhodna obdelava materialov (odstranjevanje, razmaščevanje) prepreči nečistoče, da vplivajo na učinkovitost absorpcije laserja; Razmerje površine utrjenega območja (lokalno utrjevanje v primerjavi s celotnim utrjevanjem) vpliva na porazdelitev napetosti delov. Čeprav teh podrobnosti ne ureja neposredno z opremo, lahko posredno zmanjšajo učinek procesa in zahtevajo predhodno načrtovanje.
Osnovne komponente sistema laserske obloge
Povzetek skupne optimizacije postopka in opreme za lasersko površino kazni
Če povzamemo, je lasersko površinsko utrjevanje tehnični sistem, ki ga poganja sodelovanje "Oprema - procesa - materiala - pomožni pogoji": Laserska oprema za utrjevanje zagotavlja stabilno energijo in regulacijo parametrov za postopek; Ključni parametri procesa (moč, hitrost, velikost točke) določajo globino in natančnost utrjene plasti; Lastnosti materiala določajo prilagodljivost procesa; Pomožni pogoji zagotavljajo doslednost procesa.
V praktičnih aplikacijah je treba voditi z "zahtevami delov" - izbrati primerno opremo za lasersko utrjevanje (npr. Visoki - generatorji moči, visoki - natančno skeniranje sistemov) na podlagi geometričnih dimenzij za skeniranje dela) (npr. stopnja obrabe), nato na ciljno prilagajanje parametrov procesa in optimizacijo predhodne obdelave materiala in pomožnih shem hlajenja. Le na ta način lahko povečamo krepitveni učinek laserskega kaljenja površin, kar na koncu podaljša življenjsko dobo delov in zmanjšuje stroške industrijskega vzdrževanja.