Sejak lama, teknologi laser telah dikenal luas penggunaannya dalam pengelasan, pemotongan, dan penandaan. Dalam dua tahun terakhir, dengan mempopulerkan pembersihan laser secara bertahap, konsep perawatan permukaan laser semakin menjadi fokus perhatian masyarakat dan muncul di benak masyarakat. Pemrosesan laser bersifat non-kontak, sangat fleksibel, berkecepatan tinggi dan bebas kebisingan, dengan zona kecil yang terpengaruh panas dan tidak ada kerusakan pada substrat, tidak ada bahan habis pakai, serta ramah lingkungan dan rendah karbon.
Selain pembersihan laser, perawatan permukaan laser sebenarnya memiliki banyak kategori aplikasi, seperti pemolesan laser, pelapisan laser, pendinginan laser, dll. Metode ini digunakan untuk mengubah sifat fisik dan kimia tertentu dari permukaan material, seperti membuat proses permukaan hidrofobik, atau menggunakan pulsa laser untuk menghasilkan cekungan kecil dengan diameter sekitar 10 mikron dan kedalaman hanya beberapa mikron, sehingga dapat meningkatkan kekasaran dan meningkatkan daya rekat permukaan.
Selain pembersihan laser, tahukah Anda metode perawatan permukaan laser berikut ini?
01. Pendinginan laser
Pendinginan laser adalah salah satu solusi untuk memproses bagian kompleks yang bertekanan tinggi. Hal ini dapat membuat komponen dengan keausan tinggi seperti poros bubungan dan alat tekuk menahan tekanan yang lebih tinggi dan memperpanjang umur.
Prinsipnya adalah menata ulang atom karbon dalam kisi logam (austenisasi) dengan memanaskan permukaan benda kerja yang mengandung karbon hingga sedikit di bawah suhu leleh (900-1400 derajat 40% daya iradiasi diserap), lalu sinar laser secara stabil memanaskan permukaan sepanjang arah umpan. Saat sinar laser bergerak, material di sekitarnya mendingin dengan cepat, dan kisi logam tidak dapat kembali ke bentuk aslinya, sehingga menghasilkan martensit, yang meningkatkan kekerasan secara signifikan.
Kedalaman pengerasan lapisan luar baja karbon yang dicapai dengan pengerasan laser biasanya 0.1-1.5 mm, dan bisa mencapai 2,5 mm atau lebih pada beberapa material. Dibandingkan dengan metode pendinginan tradisional, kelebihannya adalah:
1. Target masukan panas dibatasi pada area yang sama, sehingga hampir tidak ada komponen yang melengkung selama pemrosesan. Biaya pengerjaan ulang dikurangi atau bahkan dihilangkan sama sekali:
2. Ia juga dapat mengeras pada permukaan geometris yang kompleks dan bagian presisi, dan dapat mencapai pengerasan yang tepat pada permukaan fungsional terbatas secara lokal yang tidak dapat dipadamkan dengan metode pendinginan tradisional:
3. Tidak ada distorsi. Proses pengerasan tradisional menghasilkan deformasi karena masukan energi dan pendinginan yang lebih tinggi, namun dalam proses pengerasan laser, masukan panas dapat dikontrol secara tepat berkat teknologi laser dan kontrol suhu. Komponen ini hampir tetap dalam kondisi aslinya:
4. Geometri kekerasan komponen dapat diubah "secara instan". Ini berarti tidak perlu mengubah optik/seluruh sistem.
02. Tekstur laser
Tekstur laser adalah salah satu cara proses untuk modifikasi permukaan bahan logam. Selama proses penataan, laser menciptakan geometri yang tersusun teratur pada lapisan atau substrat untuk mengubah sifat teknis secara tepat sasaran dan mengembangkan fungsi baru. Prosesnya secara kasar menggunakan radiasi laser (biasanya laser pulsa pendek) untuk menghasilkan geometri yang tersusun teratur di permukaan dengan cara yang dapat direproduksi. Sinar laser melelehkan material secara terkendali dan mengeras menjadi struktur tertentu melalui manajemen proses yang tepat.
Misalnya, struktur permukaan hidrofobik memungkinkan air mengalir keluar permukaan. Fitur ini dapat dicapai dengan membuat struktur submikron di permukaan dengan laser pulsa ultrapendek, dan struktur yang akan dibuat dapat dikontrol secara tepat dengan mengubah parameter laser. Efek sebaliknya, misalnya permukaan hidrofilik, juga dapat dicapai:
Untuk pengecatan panel mobil, "lubang mikro" harus didistribusikan secara merata pada permukaan pelat tipis untuk meningkatkan daya rekat cat. Sinar laser berdenyut dengan frekuensi ribuan hingga puluhan ribu kali per detik difokuskan dan mengenai permukaan roller. Kolam lelehan kecil terbentuk pada permukaan bergulir di titik fokus. Pada saat yang sama, kolam lelehan kecil ditiup ke samping untuk memungkinkan lelehan di kolam lelehan terakumulasi sebanyak mungkin ke tepi kolam lelehan sesuai dengan persyaratan yang ditentukan untuk membentuk bos berbentuk busur. Bos kecil dan lubang mikro ini tidak hanya meningkatkan kekasaran permukaan material dan meningkatkan daya rekat cat, tetapi juga meningkatkan kekerasan permukaan material dan memperpanjang masa pakai.
Beberapa karakteristik dihasilkan oleh penataan laser, seperti karakteristik gesekan atau konduktivitas listrik dan termal beberapa bahan logam. Selain itu, penataan laser juga meningkatkan kekuatan ikatan dan masa pakai benda kerja.
Shuishang Boguang
Dibandingkan dengan metode tradisional, penataan laser permukaan lebih ramah lingkungan dan tidak memerlukan bahan sandblasting atau bahan kimia tambahan: Dapat diulang dan presisi, laser mencapai struktur terkontrol yang akurat hingga mikron dan sangat mudah ditiru: Perawatan rendah, dibandingkan dengan alat mekanis yang cepat aus, laser bersifat non-kontak sehingga benar-benar bebas aus: Tidak diperlukan pasca-pemrosesan, dan tidak ada lelehan atau residu pemrosesan lainnya yang tertinggal pada komponen yang diproses dengan laser.
03. Perawatan permukaan berwarna-warni dengan laser
Tempering laser sering digunakan dalam perawatan permukaan warna-warni dengan laser, juga dikenal sebagai penandaan warna laser. Prinsip prosesnya adalah ketika laser memanaskan material, logam dipanaskan sedikit di bawah titik lelehnya. Di bawah parameter proses yang sesuai, struktur gerbang akan berubah: lapisan oksida akan terbentuk pada permukaan benda kerja. Saat film ini terkena cahaya, cahaya yang datang mengganggu sehingga muncul berbagai warna tempering pada saat itu. Lapisan penandaan warna-warni yang dihasilkan di permukaan berubah dengan sudut pandang berbeda. Pola tandanya juga akan berubah menjadi berbagai warna berbeda. Warna-warna ini tetap stabil pada suhu hingga sekitar 200 "C. Pada suhu yang lebih tinggi, gerbang akan kembali ke keadaan semula-tandanya hilang. Kualitas permukaan akan terjaga sepenuhnya. Ia memiliki tingkat keamanan dan ketertelusuran yang tinggi dalam anti- aplikasi pemalsuan. Dalam beberapa tahun terakhir, ini telah digunakan secara matang di bidang teknologi medis. Selain penandaan hitam baru dengan laser pulsa ultrashort, ini juga sangat cocok untuk identifikasi produk, sehingga mencapai ketertelusuran unik sesuai dengan arahan UDI.
04. Pelapisan laser
Ini adalah proses manufaktur aditif yang cocok untuk material hibrida logam dan logam-keramik. Ini dapat digunakan untuk membuat atau memodifikasi geometri 3D. Laser juga dapat digunakan untuk memperbaiki atau melapisinya menggunakan metode produksi ini. Oleh karena itu, di sektor kedirgantaraan, manufaktur aditif digunakan untuk memperbaiki bilah turbin.
Dalam pembuatan perkakas dan cetakan, bagian tepi dan permukaan fungsional yang rusak atau aus dapat diperbaiki atau bahkan diberi lapis baja. Dalam teknologi energi atau petrokimia, bantalan, roller, atau komponen hidrolik dilapisi untuk melindungi dari keausan dan korosi. Manufaktur aditif juga digunakan dalam konstruksi otomotif. Sejumlah besar komponen dimodifikasi di sini.
Dalam pengendapan logam laser konvensional, sinar laser pertama-tama memanaskan benda kerja secara lokal dan kemudian membentuk kolam cair. Serbuk logam halus kemudian disemprotkan langsung ke kolam cair dari nosel kepala pemrosesan laser. Dalam pengendapan logam laser berkecepatan tinggi, partikel bubuk sudah dipanaskan hingga hampir mencapai suhu leleh di atas permukaan substrat. Oleh karena itu, waktu yang diperlukan untuk melelehkan partikel bubuk lebih sedikit.
Efeknya: meningkatkan kecepatan proses secara signifikan. Karena berkurangnya efek termal, material yang sangat sensitif terhadap panas seperti paduan aluminium dan paduan besi cor juga dapat dilapisi menggunakan deposisi logam laser berkecepatan tinggi. Kecepatan permukaan yang tinggi hingga 1500 rpm dapat dicapai pada permukaan simetris rotasi menggunakan proses HS-LMD. cm/menit. Pada saat yang sama, kecepatan umpan mencapai beberapa ratus meter per menit.
Perbaiki komponen atau cetakan yang mahal dengan cepat dan mudah menggunakan pengendapan bubuk laser. Kerusakan dalam berbagai ukuran dapat diperbaiki dengan cepat dan hampir tanpa meninggalkan bekas. Perubahan desain juga dimungkinkan. Ini menghemat waktu, tenaga dan material. Hal ini terutama bermanfaat untuk logam mahal seperti nikel atau titanium. Contoh aplikasi yang umum adalah bilah turbin, berbagai piston, katup, poros, atau cetakan.
05. Perawatan panas laser
Ribuan laser mikro (VCSEL) dipasang pada satu chip. Setiap emitor dilengkapi dengan 56 chip tersebut, dan satu modul terdiri dari beberapa emitor. Bidang radiasi persegi panjang dapat berisi jutaan laser mikro dan dapat menghasilkan beberapa kilowatt daya laser inframerah.
VCSEL menghasilkan sinar inframerah-dekat dengan intensitas radiasi 100 W/cm² dengan penampang sinar persegi panjang yang besar dan terarah. Pada prinsipnya, teknologi ini cocok untuk semua proses industri yang memerlukan presisi sangat tinggi dalam kontrol permukaan dan suhu.
Modul perlakuan panas laser sangat cocok untuk aplikasi pemanasan area luas dengan persyaratan yang menuntut dan fleksibel. Dibandingkan dengan metode pemanasan tradisional, proses pemanasan baru ini memiliki fleksibilitas, presisi, dan penghematan biaya yang lebih tinggi.
Teknologi ini dapat digunakan untuk menyegel sel tipe kantong guna mencegah aluminium foil kusut, sehingga memperpanjang masa pakai baterai. Ini juga dapat digunakan untuk mengeringkan aluminium foil baterai, merendam panel surya dengan ringan, dan secara tepat memproses area pemanasan bahan tertentu (seperti wafer baja dan silikon).
06. Pemolesan laser
Mekanisme teknologi pemolesan laser adalah peleburan permukaan yang sempit dan peleburan permukaan yang berlebihan, mengandalkan peleburan kembali permukaan dan pemadatan ulang lapisan peleburan ulang laser. Ketika permukaan logam disinari dengan laser berenergi cukup tinggi, permukaannya mengalami peleburan dan redistribusi tingkat tertentu, dan melalui aksi tegangan tarik permukaan dan gravitasi, permukaan halus dicapai sebelum pemadatan.
Seluruh ketebalan lapisan cair kurang dari tinggi dari bak ke puncak, sehingga seluruh logam cair terisi ke dalam bak di dekatnya. Kekuatan pendorong pengisian ini dicapai melalui efek kapiler, sedangkan lapisan yang lebih tebal akan menyebabkan logam cair mengalir keluar dari pusat kolam cair. Tenaga penggeraknya adalah efek kapiler termal atau efek Marconi, sehingga dapat didistribusikan kembali.
Shuici Bieguang
Kasus aplikasinya termasuk keramik silikon karbida, yang digunakan sebagai komponen optik teleskop ringan dan besar (terutama reflektor berukuran besar dan berbentuk kompleks). RB-SiC adalah material dengan kekerasan tinggi, fase kompleks, dan teknologi pemolesan presisi permukaannya sulit dan tidak efisien. Permukaan RB-SiC yang dilapisi bubuk Si dimodifikasi dengan laser femtosecond. Hanya setelah 4,5 jam pemolesan, permukaan optik dengan kekasaran permukaan Sq 4,45 nm dapat diperoleh. Dibandingkan dengan penggilingan dan pemolesan langsung, efisiensi pemolesan meningkat lebih dari 3 kali lipat. Pemolesan laser juga banyak digunakan dalam pemolesan cetakan, bubungan, dan bilah turbin.
07. Peluru tembakan laser
Penguatan guncangan laser, juga dikenal sebagai laser shot peening, adalah menyinari permukaan bagian logam dengan laser dengan kepadatan energi tinggi, fokus tinggi, dan pulsa pendek (λ=1053nm). Logam permukaan (atau lapisan serapan) langsung membentuk ledakan plasma di bawah aksi laser kepadatan daya tinggi. Gelombang kejut ledakan ditransmisikan ke bagian dalam logam di bawah batasan lapisan kendala, menyebabkan butiran permukaan menghasilkan deformasi plastis tekan, dan memperoleh tegangan tekan sisa, penghalusan butiran, dan efek penguatan permukaan lainnya dalam kisaran yang lebih tebal dari lapisan tersebut. permukaan bagian tersebut. Dibandingkan dengan shot peening mekanis tradisional, ia memiliki keunggulan sebagai berikut:
1. Arah yang kuat: Laser bekerja pada permukaan logam pada sudut yang dapat dikontrol, dengan efisiensi konversi energi yang tinggi, sedangkan sudut tumbukan proyektil mekanis bersifat acak:
2. Kekuatan besar: Tekanan seketika yang dihasilkan oleh tembakan laser peening plasma peledakan setinggi beberapa GPa: Kepadatan daya tinggi: Kepadatan daya puncak dari dampak laser mencapai beberapa hingga puluhan GW//cm2:
3. Integritas permukaan yang baik: Dampak laser hampir tidak memiliki efek sputtering pada permukaan, sedangkan setelah tembakan mekanis, morfologi permukaan rusak dan terjadi konsentrasi tegangan.
Nilai tegangan tekan maksimum setelah tumbukan laser lebih baik, dan tegangan tekan sisa permukaan meningkat sekitar 40%~50%, yang secara signifikan meningkatkan nilai indikator terkait seperti umur kelelahan, ketahanan suhu tinggi, dan pembentukan tekukan. benda kerja. Ini telah diterapkan di bidang perawatan permukaan pesawat dan perawatan permukaan mesin aero.
