Desde hace mucho tiempo, la tecnología láser es conocida por su amplio uso en soldadura, corte y marcado, y sólo en estos dos años, con la paulatina popularización de la limpieza con láser, el concepto de tratamiento de superficies con láser se ha vuelto cada vez más popular. el foco de atención y apareció en la mente de las personas. Procesamiento láser sin contacto, alta flexibilidad, alta velocidad, sin ruido, pequeña zona afectada por el calor sin dañar el sustrato, sin consumibles y con bajas emisiones de carbono.
Tratamiento de superficies con láserEn realidad, además de la limpieza con láser, tiene una gran cantidad de categorías de aplicaciones, como pulido con láser, revestimiento con láser, enfriamiento con láser, etc. Estos métodos se utilizan para cambiar las propiedades fisicoquímicas específicas de la superficie del material, por ejemplo, para hacer que la superficie se procese en una función hidrófoba, o pulsos láser para producir un diámetro de aproximadamente 10 micrones, la profundidad de solo unos pocos micrones de pequeñas depresiones. , como una forma de aumentar la rugosidad, mejorar la adherencia de la superficie, etc.
Además delimpieza láser¿Conoce los siguientes tipos de tratamiento de superficies con láser?
Enfriamiento por láser
El endurecimiento por láser es una de las soluciones para mecanizar componentes complejos y altamente estresados, lo que permite una mayor tensión y una vida útil más larga para piezas con alto desgaste, como árboles de levas y herramientas de doblado.
Funciona calentando la piel de una pieza de trabajo que contiene carbono a una temperatura ligeramente inferior a la temperatura de fusión (900 - 1400 grados, se absorbe el 40 por ciento de la potencia irradiada), de modo que los átomos de carbono en la red metálica se reordenan ( austenitización), y luego el rayo láser calienta constantemente la superficie en la dirección de la alimentación, y el material alrededor del rayo láser se enfría tan rápidamente a medida que el rayo láser se mueve que la red metálica no puede volver a su forma original, lo que resulta en martensita, lo que provoca una Esto da como resultado martensita y un aumento significativo de la dureza.
La profundidad de endurecimiento de las capas exteriores de acero al carbono que se logra mediante el endurecimiento por láser suele ser de 0.1-1.5 mm y puede ser de 2,5 mm o más en algunos materiales. Las ventajas sobre los métodos de endurecimiento convencionales son:
1. La entrada de calor dirigida se limita a un área localizada, lo que prácticamente no produce deformaciones en los componentes durante el mecanizado. Los costos de retrabajo se reducen o incluso se eliminan por completo;
2. endurecimiento incluso en geometrías complejas y componentes de precisión, lo que permite un endurecimiento preciso de superficies funcionales localmente restringidas que no pueden endurecerse con métodos de endurecimiento convencionales;
sin distorsión. Los procesos de endurecimiento convencionales producen distorsión debido a una mayor entrada de energía y enfriamiento, pero durante el endurecimiento por láser la entrada de calor se puede controlar con precisión gracias a la tecnología láser y al control de temperatura. El componente permanece prácticamente impecable;
La geometría de dureza del componente se puede cambiar rápidamente y "sobre la marcha". Esto significa que no es necesario convertir la óptica ni el sistema completo.
Laser vellosidad
El tallado por láser es una de las herramientas de proceso para la modificación de superficies de materiales metálicos. En el proceso de estructuración, el láser crea geometrías dispuestas regularmente en capas o sustratos para modificar intencionalmente propiedades técnicas y desarrollar nuevas funciones. El proceso generalmente implica el uso de radiación láser (generalmente pulsos cortos de luz láser) para generar geometrías dispuestas regularmente sobre una superficie de manera reproducible. El rayo láser funde el material de forma controlada y se solidifica en la estructura definida mediante una gestión del proceso adecuada.
Por ejemplo, las estructuras superficiales hidrófobas permiten que el agua fluya fuera de la superficie. La creación de estructuras submicrónicas en superficies con láseres de pulsos ultracortos permite realizar esta propiedad, y la estructura que se va a crear se puede controlar con precisión variando los parámetros del láser. También se puede conseguir el efecto contrario, por ejemplo superficies hidrófilas.
Para pintar paneles de automóviles, debe hacer que la superficie de la placa delgada tenga una distribución uniforme de "micro-hoyos" para mejorar la adhesión de la pintura, con miles a decenas de miles de veces por segundo el rayo láser pulsado se enfoca en la superficie del rollo incidente. en el rodillo, en el punto de enfoque en la superficie del rodillo para formar un pequeño charco soluble, al mismo tiempo en el lado del charco microsoluble soplando, de modo que el charco soluble de material fundido de acuerdo con los requisitos especificados tanto como ¡Posible amontonamiento en la piscina! El borde de la formación de pestañas en forma de arco, estas pequeñas pestañas y microhoyos no solo pueden mejorar la rugosidad de la superficie del material para aumentar la adherencia de la pintura, sino también mejorar la dureza de la superficie del material para extender la vida útil.
Ciertas propiedades se generan mediante la estructuración con láser, como las propiedades de fricción o la conductividad eléctrica y térmica de algunos materiales metálicos. Además, la estructuración por láser aumenta la fuerza de unión y la vida útil de la pieza de trabajo.
En comparación con los métodos tradicionales, la estructuración láser de superficies es más respetuosa con el medio ambiente y no requiere agentes químicos ni abrasivos adicionales; Los láseres, repetibles y precisos, permiten estructuras controladas con una precisión de micras y muy fáciles de replicar; bajo mantenimiento, los láseres no tienen contacto y, por lo tanto, están absolutamente libres de desgaste en comparación con las herramientas mecánicas de rápido desgaste; y no hay necesidad de posprocesamiento, ya que no quedan derretimientos ni otros residuos de mecanizado en la pieza procesada con láser.
Acabado de superficie deslumbrante con láser
El templado por láser se utiliza comúnmente en el tratamiento de superficies deslumbrantes con láser, también conocido como marcado de color con láser. El principio del proceso es que el material de calentamiento láser, el metal se calienta localmente ligeramente por debajo de su punto de fusión, en los parámetros apropiados del proceso, en este momento, la estructura de la puerta cambiará; en la superficie de la pieza de trabajo se formará una capa de óxido, esta capa de película en la irradiación de la luz, la interferencia de la luz incidente para que una variedad de colores templados en este momento, la superficie de la capa generada por esta capa de capa de marcado colorido, Además de no ser necesario cambiar el ángulo de observación, el patrón de marcado se cambiará en una variedad de colores diferentes.
Estos colores mantienen la temperatura estable hasta aprox. 200 grados. A temperaturas más altas, la puerta vuelve a su estado original y la marca desaparece. La calidad de la superficie se conserva intacta. En las aplicaciones antifalsificación se consigue un alto grado de seguridad y trazabilidad. Además del nuevo marcado negro con láser de pulsación ultracorta, que se ha consolidado en los últimos años en el campo de la tecnología médica, también es ideal para el marcado de productos y, con ello, para una trazabilidad única según la directiva UDI.
Fusión láser
Es un proceso de fabricación aditiva apto para metales y materiales híbridos metal-cerámicos. Con esto se pueden crear o modificar geometrías 3D. Con este método de producción, el láser también se puede utilizar para reparaciones o revestimientos. Así, en el sector aeroespacial, la fabricación aditiva se utiliza para reparar álabes de turbinas.
En la fabricación de herramientas y moldes, los bordes agrietados o desgastados y las superficies funcionales moldeadas pueden repararse o incluso protegerse localmente. Para evitar el desgaste y la corrosión, los cojinetes, los rodillos o los componentes hidráulicos se recubren con tecnología energética o petroquímica. La fabricación aditiva también se utiliza en la fabricación de automóviles. Aquí se modifican numerosos componentes.
En el revestimiento metálico por láser convencional, el rayo láser primero calienta localmente la pieza de trabajo y luego forma un baño de fusión. Luego se pulverizan finos polvos metálicos desde la boquilla del cabezal de procesamiento láser directamente en el baño fundido. Durante la fusión de metal por láser a alta velocidad, las partículas de polvo ya se calientan casi hasta la temperatura de fusión por encima de la superficie del sustrato. Como resultado, se requiere menos tiempo para fundir las partículas de polvo.
El efecto: un aumento significativo en la velocidad del proceso. Debido a los menores efectos térmicos, la fusión de metales por láser a alta velocidad también permite recubrir materiales muy sensibles al calor, como aleaciones de aluminio y aleaciones de hierro fundido. Con el proceso HS-LMD se pueden alcanzar altos rendimientos de superficie de hasta 1500 cm²/min en superficies rotacionalmente simétricas, mientras que se pueden alcanzar velocidades de avance de hasta varios cientos de metros por minuto.
Las piezas o moldes costosos se pueden reparar rápida y fácilmente mediante revestimiento metálico con láser en polvo. Los daños, grandes o pequeños, se pueden reparar rápidamente y casi sin dejar marcas. También son posibles cambios de diseño. Esto ahorra tiempo, energía y material. Especialmente en el caso de metales caros como el níquel o el titanio, merece la pena. Ejemplos típicos de aplicaciones son álabes de turbinas, diversos pistones, válvulas, ejes o moldes.
Tratamiento térmico con láser
Miles de láseres en miniatura (VCSEL) están montados en un solo chip. Cada emisor está equipado con 56 chips de este tipo, mientras que un módulo consta de varios emisores. El área de radiación rectangular puede contener millones de microláseres y puede generar varios kilovatios de potencia de láser infrarrojo.
Los VCSEL generan haces de infrarrojo cercano con una intensidad de radiación de 100 W/cm² mediante una gran sección transversal de haz rectangular direccional. En principio, esta tecnología es adecuada para todos los procesos industriales que requieren un control extremadamente preciso de la superficie y la temperatura.
Los módulos de tratamiento térmico por láser son particularmente adecuados para aplicaciones de calefacción de grandes superficies donde se requiere precisión y flexibilidad. En comparación con los métodos de calentamiento convencionales, este nuevo proceso de calentamiento ofrece un mayor grado de flexibilidad, precisión y ahorro de costos.
La tecnología se puede utilizar para sellar células en bolsas para evitar que la lámina se arrugue, extendiendo así la vida útil de las células. También se puede utilizar en aplicaciones como el secado de láminas de células, la impregnación ligera de paneles solares y el tratamiento preciso del área a calentar para materiales específicos como acero y obleas de silicio.
Pulido láser
El mecanismo detecnología de pulido láseres una fusión superficial estrecha y una superficie sobre fusión, que se basa en la refundición de la superficie y la resolidificación de la capa refundida con láser. Cuando una superficie metálica es irradiada por un láser con energía suficientemente alta, la superficie sufre un cierto grado de refundición y redistribución, y se logran superficies lisas mediante tensiones de tracción superficial y gravedad antes de la solidificación.
El espesor total de la capa de fusión es menor que la altura del valle al pico, lo que permite que todo el metal fundido llene los valles cercanos, siendo la fuerza impulsora para este llenado el efecto capilar, mientras que una capa de fusión más gruesa induce el metal líquido. fluya hacia afuera desde el centro del baño derretido, siendo la fuerza impulsora de la redistribución el efecto termocapilar o efecto Marconi.
Ejemplos de aplicaciones como la cerámica de carburo de silicio, el material para componentes ópticos de telescopios grandes y livianos (especialmente espejos de gran tamaño y de formas complejas). El RB-SiC, como material típico de fase compleja y alta dureza, tiene una función difícil e ineficiente. Técnica para el pulido de precisión de superficies. Modificando la superficie de RB-SiC prerecubierta con polvo de Si mediante láser de femtosegundo, se puede obtener una superficie óptica con una rugosidad superficial Sq de 4,45 nm después de solo 4,5 horas de pulido, lo que mejora la eficiencia del pulido en más de tres veces en comparación con Esmerilado y pulido directo. El pulido por láser también se utiliza mucho en el pulido de moldes, levas y álabes de turbinas.
voladura láser
El granallado por impacto láser, también conocido como granallado por láser, es una irradiación con láser de pulso corto (λ=1053 nm) de alta densidad de energía, alto enfoque y pulso corto de la superficie de las piezas metálicas, la superficie del metal (o capa de absorción) en el Alta densidad de potencia del papel del láser en la formación instantánea de la explosión de plasma, la explosión de la onda de choque en las limitaciones de la capa delimitadora de las piezas metálicas dentro de la transferencia para que la capa superficial de granos produzca una deformación plástica por compresión en la superficie. capa de las piezas en un rango más grueso Obtenga tensión de compresión residual, refinamiento del grano y otros efectos de fortalecimiento de la superficie. En comparación con el granallado mecánico tradicional tiene las siguientes ventajas
1. Fuerte direccionalidad: el láser actúa sobre la superficie del metal en un ángulo controlado, con alta eficiencia de conversión de energía, mientras que el ángulo de impacto del proyectil mecánico es aleatorio;
2. Gran fuerza: ráfaga de plasma con chorro de láser generada por la presión instantánea de hasta varios GPa; densidad de potencia: la densidad de potencia máxima del impacto del láser alcanza varias decenas de GW/cm2;
Buena integridad de la superficie: el impacto del láser sobre la superficie casi no produce efecto de pulverización, y después del granallado mecánico, la morfología de la superficie se daña para producir concentraciones de tensión.
El impacto del láser después del valor máximo de tensión de compresión es mejor, la tensión de compresión residual de la superficie aumentó entre un 40 y un 50 por ciento, la vida útil de la pieza de trabajo, la resistencia a altas temperaturas y al moldeado por flexión y otros indicadores relacionados de valor numérico se han mejorado significativamente. . Actualmente, se ha aplicado en el campo del tratamiento de superficies de aviones, tratamiento de superficies de motores de aviones, etc.
