Лазерные методы упрочнения материала

Принципиально существуют следующие виды лазеров:

1. Твердотельные лазеры (рабочим веществом является твердое тело);

2. Газовые лазеры;

3. Полупроводниковые лазеры.

Другое название лазера - Оптический Квантовый Генератор (ОКГ).

ОКГ предназначен– для генерирования излучения с фиксированной длин­ной волны и частотой.

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ

1. Как правило, такие лазеры состоят из следующих комплектующих: твердое тело, как правило, рубиновый стержень красного цвета;

2. Мощная газоразрядная лампа;

3. Корпус, в котором располагаются твердое тело и мощная газоразрядная
лампа;

4. Фокусирующая линза;

5. Отклоняющие зеркала;

Корпус выполняется в виде эллипса. Внутри эллипса вся поверхность зер­кальная. В фокусах эллипса, располагаются стержень и лампа, для равномерно­го освещения стержня со всех сторон. Лазер работает в импульсном режиме, т.е. в малый промежуток времени есть луч, а затем нет. Время существования импульса составляет 10^-9 сек, т.е. импульс существует в пределах времени 10^-9 секунды.

ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР

Рабочим веществом является N₂, Не, СО₂.

Состав газового СО₂ лазера с поперечной прокачкой.

1. Ионизированный газ;

2. Электроды;

3. Корпус;

4. Система поперечной прокачки;

5. Фокусирующая линза.

Внутри трубки находится газ СО₂. При подаче напряжения на электроды происходит ионизация газа, в результате которой генерируется луч. Такой лазер работает в непрерывном режиме.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЛАЗЕР

В таких лазерах луч образуется в результате процессов происходящих вблизи р-п перехода.

Состав такого лазера:

1. Основание;

2. Полупроводник;

3. Электрод.

ЛАЗЕРНОЕ УПРОЧНЕНИЕ

В последнее время традиционные методы обработки, например, объемная закалка, закалка ТВЧ признаны относительно дорогостоящими, а также обеспечивающими высоких свойств поверхностного слоя. С другой стороны использование высоколегированных сталей, например для изготовления резцов, подшипников, зубчатых колес, и др. малоэффективно в виду высокой стоимости стали, поэтому целесообразно разделить материал сердцевины и ее поверхности.

Принципиально существуют два варианта лазерной обработки:

1. Без легирования;

2. С легированием.

9.2.1. ОБРАБОТКА БЕЗ ЛЕГИРОВАНИЯ

Обработка заключается в том, что луч расплавляет микрообъем металла на поверхности детали. Т.к. плотность энергии в фокальном пятне луча являет­ся значительной (10⁵ Вт/см²), то расплавляется очень малый объем металла, по­сле чего луч или прекращает действовать, или перемещается из этой точки в другую. Расплавленный металл интенсивно охлаждается, что приводит к закал­ке этой микроточки. Такой процесс называется самозакалкой из жидкого со­стояния. Следовательно, после лазерного упрочнения на поверхности будет за­каленный слой.

9.2.2. ЛАЗЕРНАЯ ОБРАБОТКА С ЛЕГИРОВАНИЕМ

Легирующий материал вводится в зону лазерного луча в виде порошка. Это дает преимущество изменять химический состав наплавленного слоя в очень широких пределах.

Порошок может подаваться двумя способами:

1. Закрепление ровного слоя порошка на поверхности с помощью клея или лака. На поверхность намазывается клей, а потом насыпается порошок. Затем деталь оплавляется лучом на глубину, которая немного больше чем толщина слоя порошка.

2. С использованием питателя - дозатора.

В последнем случае порошок высыпается непосредственно в зону дейст­вия луча и в ванну расплавленного металла.

Преимущество этого способа по сравнению с предыдущими, заключается в том, что химический состав по длине наплавленного валика является ста­бильным, поскольку точность подачи порошка питателем является намного выше.

Для наплавки используются порошки различного химического состава.

Для получения покрытия с твердостью 17-25 НRC используется поро­шок ПГ-10Н-01, порошок на основе никеля.

Для получения покрытия с твердостью 30-35 НRC использу­ется порошок ПР-Н77Х15СЗР2, на никелевой основе и НПЧ-2 системы Fe-Сu-Сг-В.

Для покрытия с твердостью свыше 40 НRС используются порошки ПГ-12Н-01 и ПР-Н70Х17САРФ.

Лазерная наплавка позволяет повысить износостойкость поверхностного слоя в три - пять раз.

Наплавка используется по следующим основным направлениям:

1. Для наплавки рабочих поверхностей инструмента и деталей;

2. Наплавка седел и фасок клапанов двигателей внутреннего сгорания;

3. Для получения заготовок турбинных дисков;

4. Для упрочнения канавок под компрессионные кольца поршней двигателей
внутреннего сгорания.

В качестве материалов, на которые производят наплавку, используют уг­леродистые и низколегированные стали, а так же алюминиевые сплавы.

Рис. 9.1. Схема лазерного технологического комплекса

1- выход луча из газового квантового генератора; 2- поворотное зеркало; 3-зеркала; 4-лучепровод; 5- система фокусировки для сварки; 6 -система фокусировки для термообработки; 7 - рабочие столы с изделиями.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: