Система лазерного наклёпа (лазерного ударного упрочнения, LSP) – современный подход обработки металлов
Большое количество современных технологических процессов научной и промышленной сферы включают в себя этап упрочняющей обработки металла, повышающей его эксплуатационные характеристики. Существует множество видов обработки, одним из которых является технология лазерного наклёпа или лазерного ударного упрочнения (laser shock peening – LSP).
Этот метод представляет собой высокотехнологичный инновационный подход, основанный на использовании плазменной ударной волны, созданной мощным лазерным лучом. Он позволяет значительно улучшить защиту металлических материалов от старения, истирания и коррозии.
Ключевые преимущества метода лазерного наклёпа включают:
- Бесконтактность.
- Отсутствие термического воздействия на изделие.
- Высокую управляемость.
- Сильный упрочняющий эффект.
Принцип обработки с помощью лазерного ударного упрочнения основывается на использовании лазера высокой мощности в качестве источника бомбардирования.
На поверхность металла наносятся два слоя: абляционный (поглощающий) и инерционный (удерживающий). В качестве поглощающего слоя используются черная краска и алюминиевая фольга. Главная задача этого покрытия заключается в защите изделия от лазерного ожога. Поглощая энергию лазерного излучения, оно начинает испаряться, создавая эффект плазменной защиты. Время воспламенения плазмы составляет всего несколько наносекунд. Расширяясь, она создает давление отдачи, что приводит к образованию ударных волн. Второй слой – удерживающий. Он выполняет несколько важных функций: препятствует распространению плазмы, увеличивая пиковое давление ударной волны, а также продлевает ее воздействие за счет отражения. Обычно в качестве удерживающего слоя используется вода и стекло K9. Если амплитуда ударной волны превышает динамический предел текучести материала, то при прохождении ударной волны образуется пластическая деформация. Она создает градиент остаточных напряжений сжатия под поверхностью изделия, который уменьшается с увеличением глубины.
Таким образом, энергия от образующейся плазмы взаимодействует с металлом и упрочняет его за счет изменения микроструктуры материала. Принцип работы метода схематично изображен на рисунке ниже.
Преимущества обработки методом лазерного упрочнения:
- Повышение износостойкости, прочности и срока службы изделия.
- Отсутствует оплавление поверхности.
- Возможность обработки изделий сложной формы.
- Возможность обработки локальных участков.
- Отсутствует изменение макроструктуры изделия.
- Отсутствует необходимость в дополнительной обработке поверхности.
- Снижение затрат на дальнейшее техническое обслуживание изделия.
Готовое решение системы лазерного наклёпа включает в себя:
- Лазерный источник.
- Оптика для подведения излучения.
- Держатель образцов.
- Роботизированная или координатная система перемещения образца.
- Оптический стол.
- Пульт управления с программным обеспечением.
- Система охлаждения и обеспечения режима.
- Система диагностики PDV, допплеровского измерения скорости ударной волны (дополнительно, в решение входит одночастотный лазер на 1,5 мкм, система разветвителей и циркуляторов, фотодетекторы, программное обеспечение, может быть дооснащено системой VISAR).
При создании системы лазерного наклёпа для оптимального подбора устройств необходимо обратить внимание на следующие параметры:
- Глубина остаточного напряжения (residual stress depth) (единицы мкм - несколько мм).
- Скорость обработки, частота повторения лазера (0,1 Гц, 1 Гц, 5 Гц, 10 Гц, 50 Гц, 100 Гц, 500 Гц, 10 кГц).
- Тип обрабатываемого материала: титановые сплавы, алюминиевые сплавы, сталь специальных марок, инструменты, другие металлы, специальные соединения.
- Требуется односторонняя или двусторонняя обработка.
- Уровень энергии и диаметр пучка лазерного импульса.
- Степень перекрытия лазерных пучков.
- Тип защитного слоя и поверхностной жидкости.
- Необходимые опции мониторинга и регулировки следующих параметров: энергии, длительности импульса, профиля пучка.
На нашем сайте представлен широкий ассортимент импульсных лазеров, подходящих для использования в качестве источника излучения для метода лазерного ударного упрочнения.
Раздел импульсных твердотельных лазеров с высокой энергией>>>
| Серия | LR-C | LR-B | LR-H |
|---|---|---|---|
 |
 |
|
|
|
Длина волны, нм
|
266 – 1064 | 266 – 1064 | 355 – 1064 |
|
Энергия, Дж
|
0,17 – 6 | 0,05 – 2 | 9 - 50 |
|
Частота повторения, Гц
|
10 | 0,1 | 5 |
|
Длительность импульса, нс
|
8 – 10 | 10 -15 | 8 – 25 |
Наносекундные Nd:YAG и Nd:YLF лазеры с диодной накачкой>>>
| Серия | T-D | NS | TBT |
|---|---|---|---|
 |
 |
 |
|
|
Длина волны, нм
|
266 – 1064 | 266 – 1570 | 532 – 1064 |
|
Энергия, мДж
|
10 – 120 | 25 – 1000 | 25 – 200 |
|
Частота повторения, Гц
|
10 – 20 | 100 | 100 – 500 |
|
Длительность импульса, нс
|
8 – 10 | 5 – 12 | 10 |
Основные преимущества представленных моделей лазеров:
- Высокое качество пучка.
- Высокая стабильность энергии.
- Равномерная интенсивность.
- Защита от внешних вибраций.
- Широкий диапазон характеристик.
Метод лазерного наклёпа широко применяется для упрочнения металлических компонентов оборудования, испытывающих высокий уровень вибрации, трения и нагрузки:
- Аэрокосмическая промышленность: повышение износостойкости компонентов двигателя, лопастей турбины, вентилятора и компрессора, тормоза и шасси, сварных деталей из титана и алюминия, крепежные детали.
- Машиностроение и автомобилестроение: повышение прочности деталей двигателей, шестерней и валов.
- Энергетическая промышленность: обработка поверхности лопастей турбин, деталей двигателей, а также металлических компонентов и узлов.
- Оборонная промышленность: обработка металлических деталей и поверхностей оборудования.
- Медицинская промышленность: повышение адгезии и биосовместимости медицинских изделий и протезов, прочности медицинских инструментов.
Компания «Специальные Системы. Фотоника» является официальным дистрибьютором представленных решений и оказывает техническую поддержку на территории России и ЕАЭС.
Для получения дополнительной информацией и оформления заказа вы можете связаться с нашими специалистами, которые помогут подобрать оптимальное решение под ваши задачи.
