1. Технички принципи и основни процес
Ласерско гашење је све чешћа метода површинске обраде у фабрикама последњих година. Једноставно речено, подразумева коришћење ласерског зрака високе{1}}е енергије за брзо зрачење површине металног дела, загревање веома танког слоја металне површине на веома високу температуру за изузетно кратко време, а затим ослањање на сам део да се брзо охлади, чинећи тако површину веома тврдом и-отпорном на хабање.
Овај процес заправо има сличности са традиционалним гашењем; оба добијају тврду микроструктуру брзим хлађењем. Међутим, ласерско гашење има своје карактеристике: загрева само веома танак површински слој, остављајући унутрашњост дела углавном непромењеном, што резултира веома малим изобличењем. Штавише, ласерски зрак може да се креће флексибилно и може да третира делове сложених облика, што је тешко постићи традиционалним методама гашења.
2. Како функционише ласерско гашење
Када ласерски зрак удари у металну површину, метал апсорбује енергију и температура површине брзо расте. За обичан челик, температура треба да пређе 800 степени Целзијуса, при чему се микроструктура челика трансформише у аустенит. У овом тренутку, ласерски зрак се удаљава, а топлота се брзо преноси у хладни унутрашњи основни материјал брзином хлађења која може да достигне десетине хиљада степени Целзијуса у секунди. Под таквим брзим хлађењем, аустенит се претвара у тврди мартензит.
Постоји неколико кључних тачака у овом процесу: брзина загревања мора бити довољно брза тако да основни материјал нема времена да се загреје; брзина хлађења такође мора бити довољно брза да би се добила фина мартензитна микроструктура. Ласерско гашење може прецизно да испуни ове захтеве. Може да заврши загревање за хиљадити део секунде, а затим се ослони на сопствено брзо расипање топлоте основног материјала.
3. Главне карактеристике ласерског гашења
Мала дисторзија је најочигледнија предност ласерског гашења. Пошто се само танак површински слој загрева, укупна промена температуре дела је минимална, што доводи до ниског топлотног напрезања. Стога је количина изобличења обично само једна-десетина од традиционалног гашења. Ово је посебно важно за прецизне делове.
Висока тврдоћа је још једна карактеристика. Брзо ласерско загревање и хлађење производе веома фину мартензитну микроструктуру. Ова микроструктура је финија од оне добијене конвенционалним гашењем и такође тврђа. На пример, за челик 45, конвенционална тврдоћа гашења је око 55 ХРЦ, док ласерско гашење може постићи 60-65 ХРЦ.
Добра селективност даје значајну предност ласерском гашењу. Ласерски зрак може прецизно да контролише озрачено подручје, третирајући само делове којима је потребно очвршћавање. На пример, површине зубаца зупчаника или радне површине шине водилице могу се очврснути док остале области остају непромењене.
Висок степен аутоматизације је такође вредан пажње. Цео процес гашења може се контролисати компјутерски, са стабилним параметрима и добром поновљивошћу, погодним за масовну производњу.
4. Контрола процеса за ласерско гашење
Да бисте добро обавили ласерско гашење, потребно је контролисати неколико кључних параметара.
Ласерска снага одређује количину улазне енергије. Ако је снага прениска, температура површине неће задовољити захтеве; ако је превисок, може изгорети површину. Обично се бира на основу врсте материјала и захтева дубине очвршћавања, обично у распону између 500-5000 вати.
Брзина скенирања се односи на брзину кретања ласерског зрака. Ако је брзина сувише мала, долази до прекомерне топлоте, што може утицати на основни материјал; ако је пребрзо, загревање је недовољно, а микроструктурна трансформација је непотпуна. Овај параметар треба подесити заједно са снагом.
Величина тачке утиче на густину енергије и ширину ојачане траке. Мала тачка значи концентрисану енергију, што резултира дубоким, али уским очврслим слојем; велика тачка означава широку очврснуту траку али плитак слој. У практичним применама, треба га изабрати на основу облика дела и захтева очвршћавања.
Однос преклапања треба узети у обзир када се третирају велике површине. Да би се покрила читава област, путање скенирања ласерског зрака треба да се делимично преклапају. Премало преклапања оставља неочвршћене зоне; превише преклапања може изазвати омекшавање каљења. Генерално, контролисање између 10-30% је прикладно.
5. Кључне тачке третмана за различите материјале
Различити материјали различито реагују на ласерско гашење, што захтева различите процесе.
Средњи{0}}угљенични челици су међу најпогоднијим материјалима за ласерско гашење. Материјали као што су челик 45 и 40Цр имају умерен садржај угљеника, могу постићи високу тврдоћу након гашења и мање су склони пуцању. Током обраде, густина снаге може бити на одговарајући начин већа, а брзина скенирања такође може бити већа.
Челици за алате као што су Цр12МоВ, Х13, итд., имају бољу каљивост због присуства легирајућих елемената. Ласерско гашење може постићи дубљи очврснути слој, али се мора обратити пажња на контролу температуре грејања како би се избегло прегревање.
Материјали од ливеног гвожђа такође могу бити подвргнути ласерском гашењу. Међутим, због присуства графита, потребна је посебна пажња приликом обраде. Снага не може бити превелика, иначе ће се графит распасти и створити поре. Генерално, прво је потребна предтретман површине да би се побољшала апсорпција ласера.
Обојени метали{0}}као што су легуре алуминијума, легуре титанијума итд., показују мање очигледне ефекте ласерског гашења у поређењу са челиком, али ипак могу да постигну одређени ефекат јачања. Током обраде потребна је прецизнија контрола параметара.
6. Важност претходног третмана површине
Многи метални материјали имају високу рефлексивност према ласерима, посебно материјали попут алуминијума и бакра, где се већина ласерске енергије рефлектује. Да би се побољшала ефикасност апсорпције ласерске енергије, неопходна је површинска обрада пре гашења.
Фосфатирање је уобичајена метода. На површини се формира слој фосфатног премаза који добро апсорбује ласерску енергију. Након третмана фосфатирањем, стопа апсорпције челика у ласер може се повећати са око 30% на преко 70%.
Премазивање{0}}бојом која упија светлост је такође веома честа. На тржишту постоје боје посебно дизајниране за ласерску топлотну обраду. Танак слој премазан на површини може значајно побољшати апсорпцију. Ове боје сагоревају током процеса гашења и не остају на површини.
Охрапавост површине такође може побољшати апсорпцију. Методе попут пескарења чине површину грубом, повећавајући апсорпцију ласера. Међутим, имајте на уму да храпавост треба да буде одговарајућа; превише грубо може утицати на квалитет површине.
7. Кључне тачке за конфигурацију опреме
Систем за гашење ласера углавном укључује ласер, систем покрета, систем хлађења и систем управљања.
Ласер је главна компонента. Ласери са влакнима и полупроводнички ласери се сада обично користе због њихове високе ефикасности електро-оптичке конверзије и релативно једноставног одржавања. Избор снаге зависи од потреба производње. Генерално, око 1000 вати је довољно за мале делове, док за велике делове може бити потребно преко 3000 вати.
Систем покрета управља релативним кретањем између ласерске главе и радног комада. Постоје типови покретних радних столова, типови покретних ласерских глава и типови роботских руку. Избор зависи од величине и облика дела. Сложене закривљене површине обично захтевају више-системе за повезивање.
Систем хлађења је веома важан. Самом ласеру је потребно хлађење, а радни предмет такође захтева одговарајуће хлађење током гашења. Обично се користи водено хлађење, осигуравајући стабилан проток и температуру расхладне воде.
Контролни систем је сада компјутерски{0}}контролисан. Може да ускладишти више скупова параметара процеса за директан позив током рада. Добар контролни систем такође може пратити параметре процеса у реалном времену и аутоматски их прилагођавати како би се обезбедио доследан квалитет.
