O tratamento de superfície a laser é uma tecnologia que utiliza feixe de laser de alta densidade de potência para aquecer a superfície do material sem contato e realiza sua modificação superficial por meio do resfriamento condutivo da própria superfície do material.É benéfico melhorar as propriedades mecânicas e físicas da superfície do material, bem como a resistência ao desgaste, à corrosão e à fadiga das peças.Nos últimos anos, tecnologias de tratamento de superfície a laser, como limpeza a laser, têmpera a laser, liga a laser, reforço de choque a laser e recozimento a laser, bem como revestimento a laser, impressão 3D a laser, galvanoplastia a laser e outras tecnologias de fabricação aditiva a laser deram início a amplas perspectivas de aplicação .
1. Limpeza a laser
A limpeza a laser é uma nova tecnologia de limpeza de superfície em rápido desenvolvimento, que utiliza feixe de laser pulsado de alta energia para irradiar a superfície da peça de trabalho, de modo que a sujeira, partículas ou revestimento na superfície possam evaporar ou expandir instantaneamente, conseguindo assim o processo de limpeza e purificação.A limpeza a laser é dividida principalmente em remoção de ferrugem, remoção de óleo, remoção de tinta, remoção de revestimento e outros processos;É usado principalmente para limpeza de metais, limpeza de relíquias culturais, limpeza de arquitetura, etc. Com base em suas funções abrangentes, processamento preciso e flexível, alta eficiência e economia de energia, proteção ambiental verde, nenhum dano ao substrato, inteligência, boa qualidade de limpeza, segurança, ampla aplicação e outras características e vantagens, tornou-se cada vez mais popular em diversos campos industriais.
Em comparação com os métodos de limpeza tradicionais, como limpeza por fricção mecânica, limpeza por corrosão química, limpeza por forte impacto líquido sólido, limpeza ultrassônica de alta frequência, a limpeza a laser tem vantagens óbvias.
2. Extinção a laser
A têmpera a laser usa laser de alta energia como fonte de calor para tornar a superfície do metal quente e fria rapidamente.O processo de têmpera é concluído instantaneamente para obter alta dureza e estrutura de martensita ultrafina, melhorar a dureza e a resistência ao desgaste da superfície do metal e formar tensões de compressão na superfície para melhorar a resistência à fadiga.As principais vantagens deste processo incluem pequena zona afetada pelo calor, pequena deformação, alto grau de automação, boa flexibilidade de têmpera seletiva, alta dureza de grãos refinados e proteção ambiental inteligente.Por exemplo, o ponto do laser pode ser ajustado para extinguir qualquer posição de largura;Em segundo lugar, a cabeça do laser e a ligação do robô multieixo podem extinguir a área designada de peças complexas.Por outro exemplo, a têmpera a laser é extremamente quente e rápida, e a tensão e a deformação da têmpera são pequenas.A deformação da peça antes e depois da têmpera a laser pode ser quase ignorada, por isso é particularmente adequada para o tratamento superficial de peças com requisitos de alta precisão.
Atualmente, a têmpera a laser tem sido aplicada com sucesso ao reforço superficial de peças vulneráveis na indústria automobilística, indústria de moldes, ferramentas de hardware e indústria de máquinas, especialmente na melhoria da vida útil de peças vulneráveis, como engrenagens, superfícies de eixo, guias, mandíbulas e Bolores.As características da extinção a laser são as seguintes:
(1) A têmpera a laser é um processo de aquecimento rápido e resfriamento autoexcitado, que não requer preservação do calor do forno e têmpera com líquido refrigerante.É um processo de tratamento térmico livre de poluição, ecológico e ecológico, e pode facilmente implementar têmpera uniforme na superfície de moldes grandes;
(2) Como a velocidade de aquecimento do laser é rápida, a zona afetada pelo calor é pequena e a têmpera de aquecimento por varredura de superfície, ou seja, têmpera de aquecimento local instantânea, a deformação da matriz tratada é muito pequena;
(3) Devido ao pequeno ângulo de divergência do feixe de laser, ele tem boa diretividade e pode extinguir com precisão a superfície do molde através do sistema de guia de luz;
(4) A profundidade da camada endurecida de têmpera da superfície do laser é geralmente de 0,3-1,5 mm.
3. Recozimento a laser
O recozimento a laser é um processo de tratamento térmico que utiliza laser para aquecer a superfície do material, expor o material a altas temperaturas por um longo período e, em seguida, resfriá-lo lentamente.O principal objetivo deste processo é liberar tensões, aumentar a ductilidade e tenacidade do material e produzir microestruturas especiais.Caracteriza-se pela capacidade de ajustar a estrutura da matriz, reduzir a dureza, refinar os grãos e eliminar tensões internas.Nos últimos anos, a tecnologia de recozimento a laser também se tornou um novo processo na indústria de processamento de semicondutores, o que pode melhorar significativamente a integração de circuitos integrados.
4. Fortalecimento de choque a laser
A tecnologia de fortalecimento de choque a laser é uma tecnologia nova e de alta tecnologia que usa a onda de choque de plasma gerada por um forte feixe de laser para melhorar a antifadiga, a resistência ao desgaste e a resistência à corrosão de materiais metálicos.Possui muitas vantagens notáveis, como nenhuma zona afetada pelo calor, alta eficiência energética, taxa de deformação ultra-alta, forte controlabilidade e notável efeito de fortalecimento.Ao mesmo tempo, o fortalecimento por choque a laser tem características de tensão compressiva residual mais profunda, melhor microestrutura e integridade superficial, melhor estabilidade térmica e vida útil mais longa.Nos últimos anos, esta tecnologia alcançou um rápido desenvolvimento e tem um grande papel na indústria aeroespacial, na defesa nacional e militar e em outros campos.Além disso, o revestimento é usado principalmente para proteger a peça contra queimaduras de laser e aumentar a absorção da energia do laser.Atualmente, os materiais de revestimento comumente usados são tinta preta e folha de alumínio.
O peening a laser (LP), também conhecido como peening por choque a laser (LSP), é um processo aplicado na área de engenharia de superfícies, ou seja, a utilização de feixes de laser pulsados de alta potência para gerar tensões residuais em materiais para melhorar a resistência ao desgaste. (como resistência ao desgaste e resistência à fadiga) de superfícies de materiais, ou para melhorar a resistência de seções finas de materiais para aumentar a dureza superficial dos materiais.
Ao contrário da maioria das aplicações de processamento de materiais, o LSP não utiliza energia laser para tratamento térmico para atingir o efeito desejado, mas utiliza impacto de feixe para processamento mecânico.O feixe de laser de alta potência é usado para impactar a superfície da peça alvo com pulso curto de alta potência.
O feixe de luz impacta a peça de metal, vaporiza-a imediatamente em um estado de plasma fino e aplica pressão de onda de choque à peça de trabalho.Às vezes, uma fina camada de material de revestimento opaco é adicionada à peça de trabalho para substituir a evaporação do metal.Para pressurizar, outros materiais de revestimento transparente ou camadas de interferência inercial são usados para capturar o plasma (geralmente água).
O plasma produz efeito de onda de choque, remodela a microestrutura da superfície da peça no ponto de impacto e, em seguida, gera uma reação em cadeia de expansão e compressão do metal.A tensão compressiva profunda gerada por esta reação pode prolongar a vida útil do componente.
5. Liga a laser
A liga a laser é uma nova tecnologia de modificação de superfície, que pode ser usada para preparar revestimentos compostos de cermet reforçados nanocristalinos amorfos na superfície de peças estruturais de acordo com diferentes condições de serviço de materiais de aviação e as características de aquecimento de feixe de laser de alta densidade de energia e taxa de condensação, então para atingir o objetivo de modificação da superfície de materiais de aviação.Comparada com a tecnologia de liga a laser, a tecnologia de revestimento a laser tem as características de pequena taxa de diluição do substrato para poça fundida, pequena zona afetada pelo calor, pequena deformação térmica da peça e pequena taxa de sucata da peça após o tratamento de revestimento a laser.O revestimento a laser pode melhorar significativamente as propriedades superficiais dos materiais e reparar materiais desgastados.Possui características de alta eficiência, velocidade rápida, proteção ambiental verde e livre de poluição, além de bom desempenho da peça após o tratamento.
6. Revestimento a laser
A tecnologia de revestimento a laser também é uma das novas tecnologias de modificação de superfície que representa a direção de desenvolvimento e o nível de engenharia de superfície.A tecnologia de revestimento a laser tornou-se um ponto importante de pesquisa na modificação de superfície de ligas de titânio devido às suas vantagens de combinação metalúrgica e livre de poluição entre o revestimento e o substrato.O revestimento cerâmico de revestimento a laser ou o revestimento composto reforçado com partículas cerâmicas é uma forma eficaz de melhorar a resistência ao desgaste superficial da liga de titânio.De acordo com as condições reais de trabalho, selecione o sistema de material apropriado e a tecnologia de revestimento a laser pode atingir os melhores requisitos de processo.A tecnologia de revestimento a laser pode reparar várias peças defeituosas, como pás de motores aeronáuticos.
A diferença entre a liga de superfície a laser e o revestimento de superfície a laser é que a liga de superfície a laser consiste em misturar totalmente os elementos de liga adicionados e a camada superficial do substrato no estado líquido para formar uma camada de liga;O revestimento da superfície a laser serve para derreter todo o pré-revestimento e microderreter a superfície do substrato, de modo que a camada de revestimento e o material do substrato formem uma combinação metalúrgica e mantenham a composição da camada de revestimento basicamente inalterada.A tecnologia de liga a laser e revestimento a laser é usada principalmente para melhorar a resistência ao desgaste superficial, à corrosão e à classificação de ligas de titânio.
Atualmente, a tecnologia de revestimento a laser tem sido amplamente utilizada no reparo e modificação de superfícies metálicas.No entanto, embora o revestimento a laser tradicional tenha as vantagens e características de processamento flexível, reparo em formato especial, aditivo definido pelo usuário, etc., sua eficiência de trabalho é baixa e ainda não pode atender aos requisitos de produção e processamento rápidos em larga escala em alguns campos de produção.Para atender às necessidades de produção em massa e melhorar a eficiência do revestimento, surgiu a tecnologia de revestimento a laser de alta velocidade.
A tecnologia de revestimento a laser de alta velocidade pode realizar uma camada de revestimento compacta e livre de defeitos.A qualidade da superfície da camada de revestimento é compacta, com ligação metalúrgica ao substrato, sem defeitos abertos e a superfície é lisa.Não só pode ser processado no corpo giratório, mas também na superfície plana e complexa.Através da otimização técnica contínua, esta tecnologia pode ser amplamente utilizada em carvão, metalurgia, plataformas offshore, fabricação de papel, eletrodomésticos civis, automóveis, navios, petróleo, indústrias aeroespaciais e se tornar um processo de remanufatura verde que pode substituir a tecnologia tradicional de galvanoplastia.
7. Gravação a laser
A gravação a laser é um processo de processamento a laser que usa tecnologia CNC para projetar feixes de laser de alta energia na superfície do material e usa o efeito térmico gerado pelo laser para produzir padrões claros na superfície do material.A desnaturação física da fusão e gaseificação de materiais de processamento sob a irradiação da gravação a laser pode permitir que a gravação a laser atinja fins de processamento.A gravação a laser consiste em usar o laser para gravar palavras em um objeto.As palavras esculpidas por esta tecnologia não têm cortes, a superfície do objeto é lisa e plana e a caligrafia não será desgastada.Suas características e vantagens incluem: seguro e confiável;Precisa e meticulosa, a precisão pode chegar a 0,02 mm;Economize proteção ambiental e materiais durante o processamento;Gravação em alta velocidade de acordo com os desenhos de saída;Baixo custo, não limitado pela quantidade de processamento, etc.
8. Impressão a laser 3D
O processo adota tecnologia de revestimento a laser, que utiliza laser para irradiar o fluxo de pó transportado pelo bico para derreter diretamente a substância simples ou pó de liga.Depois que o feixe de laser sai, o líquido da liga solidifica rapidamente para realizar a rápida prototipagem da liga.Atualmente, tem sido amplamente utilizado em modelagem industrial, fabricação de máquinas, aeroespacial, militar, arquitetura, cinema e televisão, eletrodomésticos, indústria leve, medicina, arqueologia, cultura e arte, escultura, joias e outros campos.
9. Aplicações industriais típicas de tratamento de superfície e remanufatura a laser
Atualmente, as tecnologias, processos e equipamentos de tratamento de superfície a laser e fabricação aditiva são amplamente utilizados em metalurgia, máquinas de mineração, moldes, energia petrolífera, ferramentas de hardware, trânsito ferroviário, aeroespacial, máquinas e outras indústrias.
10. Aplicação de tecnologia de galvanoplastia a laser
A galvanoplastia a laser é uma nova tecnologia de galvanoplastia por feixe de alta energia, que é de grande importância para a produção e reparo de dispositivos microeletrônicos e circuitos integrados em larga escala.Atualmente, embora o princípio da galvanoplastia a laser, ablação a laser, deposição de laser de plasma e jato de laser ainda estejam em pesquisa, suas tecnologias têm sido aplicadas.Quando um laser contínuo ou laser pulsado irradia a superfície do cátodo no banho de galvanoplastia, não apenas a taxa de deposição do metal pode ser bastante melhorada, mas também o computador pode ser usado para controlar a trajetória do feixe de laser para obter o revestimento não blindado do geometria complexa esperada.
A aplicação da galvanoplastia a laser na prática baseia-se principalmente nas duas características a seguir:
(1) A velocidade na área de irradiação do laser é muito maior que a velocidade de galvanoplastia no corpo (cerca de 103 vezes);
(2) A capacidade de controle do laser é forte, o que pode fazer com que a parte necessária do material precipite a quantidade necessária de metal.A galvanoplastia comum ocorre em todo o substrato do eletrodo e a velocidade da galvanoplastia é lenta, por isso é difícil formar padrões complexos e finos.A galvanoplastia a laser pode ajustar o feixe de laser ao tamanho do micrômetro e realizar rastreamento não blindado no tamanho do micrômetro.Para projeto de circuitos, reparo de circuitos e deposição local em componentes de conectores microeletrônicos, esse tipo de mapeamento de alta velocidade está se tornando cada vez mais prático.
Comparado com a galvanoplastia comum, suas vantagens são:
(1) Velocidade de deposição rápida, como revestimento de ouro a laser de até 1 μM/s, revestimento de cobre a laser de até 10 μM/s, revestimento de ouro a jato de laser de até 12 μM/s, revestimento de cobre a jato de laser de até 50 µm/s;
(2) A deposição de metal ocorre apenas na área de irradiação do laser, e o revestimento de deposição local pode ser obtido sem medidas de blindagem, simplificando assim o processo de produção;
(3) A adesão do revestimento é bastante melhorada;
(4) Controle automático fácil de realizar;
(5) Economize metais preciosos;
(6) Economize investimento em equipamentos e tempo de processamento.
Quando um laser contínuo ou laser de impulso irradia a superfície do cátodo no banho de galvanoplastia, não apenas a taxa de deposição do metal pode ser bastante melhorada, mas também o computador pode controlar a trilha de movimento do feixe de laser para obter o revestimento não blindado com o complexo esperado geometria.A nova tecnologia atual de galvanoplastia aprimorada a jato de laser combina a tecnologia de galvanoplastia aprimorada a laser com a pulverização da solução de galvanoplastia, de modo que o laser e a solução de galvanização possam disparar simultaneamente para a superfície do cátodo, e a velocidade de transferência de massa seja muito mais rápida do que a velocidade de transferência de massa da micro agitação causada pela irradiação laser, conseguindo assim uma velocidade de deposição muito elevada.
Desenvolvimento futuro e inovação
No futuro, a direção de desenvolvimento de equipamentos de tratamento de superfície a laser e fabricação aditiva pode ser resumida da seguinte forma:
·Alta eficiência – alta eficiência de processamento, atendendo ao rápido ritmo de produção da indústria moderna;
·Alto desempenho – o equipamento possui funções diversificadas, desempenho estável e é adequado para diversas condições de trabalho;
·Alta inteligência – o nível de inteligência está em constante melhoria, com menos intervenção manual;
·Baixo custo – o custo do equipamento é controlável e o custo dos consumíveis é reduzido;
·Personalização – customização personalizada de equipamentos, atendimento pós-venda preciso,
·E composição – combinando tecnologia laser com tecnologia de processamento tradicional.
Horário da postagem: 17 de setembro de 2022