عملية معالجة الحرارة بالليزر

I . نظرة عامة على عملية معالجة الحرارة بالليزر

المعالجة الحرارية بالليزر هي تقنية تعديل سطحية متقدمة تستخدم شعاع الليزر عالي الكثافة لتسخينها بسرعة وتبريد سطح المواد .

المبدأ الأساسي هو تسخين سطح المادة فوق درجة حرارة انتقال الطور الأوستينيت في وقت قصير جدًا بواسطة شعاع الليزر (كثافة الطاقة تصل إلى 10 ، 000 إلى مليون واط لكل سنتيمتر مربع) ، ثم يعتمد بشكل كبير على التوصيل الحراري ‘المقاومة الحرارية‘ المقاومة ‘التآكل‘

تحتوي هذه التكنولوجيا على خصائص الدقة العالية ، وتشوه منخفض ، وحماية البيئة وتوفير الطاقة ، وتستخدم على نطاق واسع في تصنيع السيارات ، والمعالجة الميكانيكية وغيرها من الحقول .

ثانياً ، مزايا المعالجة الحرارية بالليزر

1. الكفاءة العالية وتوفير الطاقة:

معدل تسخين الليزر مثير للإعجاب للغاية ، يصل إلى 100 ، 000 إلى مليون درجة مئوية في الثانية ، ومعدل التبريد مثير للإعجاب بنفس القدر ، حتى 100 ، 000 degrees celsius في الثانية . هذا التدفئة الفائقة يمكن أن يقلل من المعالجة بشكل كبير}.

في الوقت نفسه ، فيما يتعلق باستهلاك الطاقة ، فإن معالجة الحرارة بالليزر ليست سوى 1/3 إلى 1/5 من المعالجة الحرارية التقليدية . على سبيل المثال ، في الإنتاج الفعلي لمؤسسة التصنيع الكبيرة ، بعد تبني تقنية المعالجة الحرارية بالليزر ، تقصر ما يقرب من 60 ٪ من الفوائد الاقتصادية}.

2. دقة ومرونة عالية:

يحتوي قطر بقعة شعاع الليزر على قابلية ضبط ممتازة ويمكن تعديله بدقة مع مستوى ميكرون . تجعل هذه الميزة مناسبة للغاية للتعزيز المحلي للهندسة المعقدة .

على سبيل المثال ، أخاديد العفن ، أسطح الأسنان التروس ، إلخ . أخذ صناعة تصنيع السيارات كمثال ، للأجزاء الدقيقة الداخلية للمحرك ، مثل الصمامات ، المكابس ، إلخ . ، يمكن أن تعزز المعالجة الحرارية بدقة الأجزاء الرئيسية ، وتحسين الأداء وموثوقية الأجزاء.}

في تصنيع القوالب ، بالنسبة للقوالب ذات الشكل المعقد والمتطلبات الدقيقة العالية ، يمكن أن تعزز المعالجة الحرارية بالليزر الأجزاء المحلية المعرضة للارتداء دون التأثير على الهيكل الكلي ، وإطالة عمر خدمة القالب .

3. حماية البيئة ولا تلوث:

لا تحتاج معالجة الحرارة بالليزر إلى الماء والزيت ووسائط التبريد الأخرى في عملية العمل ، وذلك لتقليل تصريف سائل النفايات بشكل فعال .

تتماشى هذه الميزة بشكل كامل مع متطلبات التصنيع الأخضر وتساعد على تقليل التأثير السلبي على البيئة . مقارنةً بالتلوث البيئي ونفايات الموارد الناتجة عن الاستخدام الكبير لوسائط التبريد في طرق المعالجة الحرارية التقليدية ، فإن المعالجة الحرارية بالليزر هي بلا شك خيار أكثر ودية البيئة .}

4. أداء سطح ممتاز:

بعد المعالجة الحرارية بالليزر ، يمكن زيادة صلابة الطبقة المتصلبة بنسبة 5 إلى 20 ٪ ، ويتم زيادة مقاومة التآكل بمقدار 3 إلى 5 مرات ، ويتم تمديد عمر الخدمة بأكثر من 3 مرات . وهذا يعني أن الأجزاء المعالجة يمكن أن تصمد أمام الأحمال العليا وظروف العمل القاسية في التطبيقات العملية .

في آلات التعدين ، يتم تعزيز مقاومة التآكل لأجزاء التعدين بعد المعالجة الحرارية بالليزر بشكل كبير ، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف الصيانة والاستبدال للمعدات وتحسين كفاءة الإنتاج . في مجال الفضاء الجوي ، فإن عمر خدمة الأجزاء الرئيسية بعد معالجة الحرارة بالليزر يوفر ضمانًا أكثر موثوقية لسلطة الطيران {{1}

3. أمثلة تطبيق الصناعة

1. أسطوانة محرك/بطانة أسطوانة

يتم إجراء تبريد الليزر للجدار الداخلي للأسطوانة عن طريق المسح الحلزوني ، ويصل سمك الطبقة المتصلب إلى 0 . 2 ~ 0.4mm ، ويتم زيادة صلابة السطح من HRC20 إلى 0.05MM من 0.05MM ملم إلى 0.05MM ملم. تم توسيع عدد الأميال الإصلاحية من 60 ، 000 km إلى 200 ، 000 km.

معلمات العملية:

السلطة laser: 1.5 كيلوواط ~ 2.5 كيلوواط (ليزر الألياف المستمر)

سرعة scanning: 10 مم/ثانية ~ 30 مم/ثانية

قطر النقطة: 2 مم ~ 4 مم (بقعة مستطيلة لتحسين توزيع الطاقة)

-عمق طبقة الهبوط: 0.2 مم ~ 0.4 مم (يتم التحكم فيه عن طريق ضبط الطاقة والسرعة)

-وضع التبريد: التبريد الذاتي (الاعتماد على توصيل الحرارة للمصفوفة)

على سبيل المثال ، تعرض كتلة المحرك لمعالجة حرارة الليزر مع قوة ليزر 2 . 0 كيلوواط وسرعة مسح 15 مم/ثانية.

بعد عملية المعالجة هذه ، تحسنت صلابة السطح بشكل كبير ، حيث قفزت من HRC20 الأصلي إلى HRC 62. في نفس الوقت ، تم تعزيز مقاومة التآكل لكتلة المحرك بشكل كبير ، مما يزيد من ستة مرات مقارنةً بالتشغيل الفعلي ، ويتم تعزيزه بشكل فعلي ، ويتم تعزيزه بشكل فعلي. الكفاءة والاستقرار .

2. المعالجة السطحية لقوالب السيارات

معلمات العملية:

-laser الطاقة: 800 واط ~ 1.5 كيلوواط (ليزر النبض لشراء الدقة)

تردد التردد: 20 هرتز ~ 50 هرتز (إدخال حرارة التحكم)

-معدل الاتصال: 30 ٪ ~ 50 ٪ (لضمان التوحيد)

-سماكة طبقة السحب: 0.1 مم ~ 0.3 مم

تم التعامل مع شفرة ختم الباب مع ليزر 1 . 2 كيلوواط ومعدل تداخل 40 ٪. من خلال هذا العلاج ، وصلت صلابة النصل إلى مستوى عالٍ من HRC58 إلى HRC 62.

لهذا السبب ، تم تمديد عمر خدمة القالب بشكل كبير ، حيث زادت من قدرة أصلية فقط من 100 ، 000 إلى 350 ، 000 دورات {{4} الجودة . في صناعات مثل تصنيع السيارات ، حيث تكون الدقة والمتانة للمكونات أمرًا بالغ الأهمية ، فإن تطبيق هذه التكنولوجيا يجلب بلا شك مزايا تنافسية كبيرة وفوائد اقتصادية للشركات .

3. أجزاء نظام الإرسال

عملية لحام الليزر والتخفيف المركب لقذيفة محور محرك القيادة:

-المعلمات المعلمة: 4 كيلوواط الطاقة الليزر ، وسرعة اللحام 1.2 م/دقيقة ، حماية الأرجون

-المعلمات annealing: 1.8 كيلو واط طاقة ليزر ، مسح سرعة 20 مم/ثانية

-EFFECT: عمق اللحام 12.5 مم ، صلابة منطقة التبريد HRC55 ، تشوه عام<0.1 mm.

في عملية التعامل مع الإسكان محور محرك الأقراص في مكونات نظام النقل ، تم اعتماد عملية مركبة للحام بالليزر والتخفيف . لمعلمات اللحام ، وتم استخدام قوة ليزر تبلغ 4 كيلوواط ، مع مجموعة كبيرة من الجودة ، مع تهيئة عالية من الجودة. من عملية اللحام . على سبيل المثال ، في التشغيل الفعلي ، يؤدي قوة الليزر المستقرة وسرعة اللحام المناسبة إلى اللحامات الموحدة والقوية ، في حين أن التأثير الوقائي لغاز الأرجون يمنع بشكل فعال أكسدة اللحام في درجات حرارة عالية ، مما يضمن جودة الأداء وجودة اللحام.

4. الترس والعمود التعزيز

معلمات تبريد الليزر لسطح أسنان التروس:

-laser القوة: 1.2 كيلوواط ~ 2.0 كيلوواط

السرعة: 8 مم/ث ~ 15 مم/ثانية (سرعة منخفضة في جذر الأسنان ، وسرعة عالية في الجزء العلوي من التحكم التكيفي في الأسنان)

الشكل النقطة: بقعة ممدودة (4 مم × 0.5 مم ، تنحرف سطح الأسنان)

-عمق طبقة الهبوط: 1.0 مم ~ 2.0 مم

في عملية تصنيع الآلات الثقيلة ، تمت معالجة معدات مكون المفتاح (مع الوحدة النمطية 12) بواسطة عملية ليزر محددة . على وجه التحديد ، تم استخدام قوة 1 . 8 كيلوواط وتم إجراء المعالجة بسرعة مسح 10 مم/ثانية.

بعد هذا العلاج ، تحسنت صلابة سطح الأسنان بشكل كبير ، حيث تصل إلى نطاق من HRC60 إلى HRC 63. يؤدي هذا التعزيز في الصلابة بشكل مباشر إلى تحسينات كبيرة في الأداء ، وأبرزها زيادة كبيرة في حياة التعب ، ولكن بعد قسوة ، فإن المباراة المتزايدة ، ولكن بعد قسوة. من 50 ، دورات 000 إلى 200 ، 000 دورات .

5. تصنيع أدوات الدقة

تبريد الليزر من حافة أداة قطع Hardmetal:

معلمات العملية:

-قوة Laser: 300 واط ~ 600 واط (ليزر نبض قصير لتجنب ارتفاع درجة الحرارة)

-عرض البول: 0.5 مللي ثانية ~ 2 مللي ثانية

التردد التردد: 100 هرتز ~ 200 هرتز

-عمق طبقة الهبوط: 50 ميكرون ~ 150 ميكرون

في جزء محدد من التصنيع الصناعي ، خضعت حافة قاطع الطحن معاملة خاصة مع 500 واط بالليزر النبضي .

قبل ذلك ، كانت صلابة حافة قاطع الطحن هي HRA 88. بعد خضوعها لعملية العلاج المتقدمة هذه ، لقد تحسنت صلابة الحافة بشكل كبير إلى hra 92. هذا التعزيز في الصلابة قد أدى إلى وجود آثار ملحوظة للغاية ، ولكن مع ذلك ، كان ذلك متخلفًا بشكل كبير ، لكن ما بعد أن تم تصنيفها مع القطع. W النبضي بالليزر ، تم تمديد عمر القطع بثلاث مرات كاملة .

في ورشة المعالجة الميكانيكية ، يمكن لهذا القاطع المعالجة القاطع أن تصمد أمام قوى القطع العليا والتشغيل المستمر الأطول عند تصنيع الأجزاء المعدنية . في تصنيع المكونات للفضاء ، حيث تكون المتطلبات الدقيقة والمواد عالية للغاية ، يمكن أن تكون هذه الدعم القوي للدعم الممتد بشكل أكبر لدعم الإنتاج الجوي بشكل أكثر دقة ودعمًا كاملاً. المنتجات . لا تقلل فقط من تكاليف الوقت والعمالة المرتبطة ببدائل قطع المطاحن المتكررة ولكن أيضًا تعزز كفاءة الإنتاج واستقرار جودة المنتج ، مما يؤدي إلى تأثيرات إيجابية على تطوير الصناعات ذات الصلة .

4. تحسين المعلمة ونقاط تصميم العملية

1. التحكم في كثافة الطاقة:

في عملية معالجة حرارة الليزر ، تعد التحكم الدقيق في كثافة الطاقة خطوة حرجة . هي الصيغة لحساب كثافة الطاقة e هي=p / (v * d) ، حيث تمثل P الطاقة الوثيقة ، ويشير V إلى سرعة المسح ، و d هي القطر الفوري . المعلمات .

مواد مختلفة لها عتبات انتقالية طور محددة خاصة بها . أخذ الصلب كمثال ، تتراوح عتبة انتقال الطور عادة من 150 j/cm² إلى 300 j/cm² {{3} التحول ، مما يؤدي إلى ضعف نتائج العلاج ؛ إذا كانت كثافة الطاقة عالية جدًا ، فقد تتسبب في استئصال مفرط أو آثار ضارة أخرى على المادة .

2. ضبط معدل التبريد:

يعد التنظيم المعقول لمعدل التبريد ذا أهمية رئيسية لضمان جودة معالجة الحرارة بالليزر وتجنب توليد العيوب . من خلال ضبط مسار حركة الضوء بمهارة ، مثل استخدام المسح الحلقي ، يمكن تغيير طريقة توزيع الحرارة ونقلها بشكل فعال ، حتى إدراك السيطرة على معدل التبريد .

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يلعب تطبيق طرق التبريد الإضافية الخارجية ، مثل الهواء المضغوط ، دورًا مهمًا . يمكن أن يؤدي الهواء المضغوط بسرعة إلى إزالة الحرارة من منطقة المعالجة ، وتسريع عملية التبريد . ، ومع ذلك ، فإن ضبط معدل التبريد يتطلب تحكمًا دقيقًا ؛ يمكن أن يكون سريعًا جدًا أو بطيئًا جدًا ، وكلاهما قد يسبب مشاكل . إذا كان معدل التبريد سريعًا جدًا ، فقد يؤدي إلى الإجهاد الحراري المفرط داخل المادة ، مما قد يسبب شقوقًا ؛ إذا كان معدل التبريد بطيئًا جدًا ، فقد يفشل في منع التحولات الضارة في الوقت المناسب .

3. توصية المعلمة الذكية:

في موجة الرقمنة والذكاء في عصر اليوم ، بدأ مجال المعالجة الحرارية بالليزر أيضًا في تغييرات ذكية . استنادًا إلى نماذج التعلم الآلي المتقدم ، مثل الشبكة العصبية BP ، يمكن أن توفر دعمًا قويًا للتنبؤ بمعلمات العملية .

يمكن أن تنشئ نماذج التعلم الآلي هذه ، من خلال دراسة وتحليل البيانات التجريبية واسعة النطاق وحالات الإنتاج في العالم الحقيقي ، نماذج علاقات معقدة بين معلمات الإدخال (مثل تكوين المواد ، صلابة الهدف ، إلخ .) ومعلمات عملية الإخراج (أكثر من مجرد اختلاف ، يمكن أن تكون هناك خطأ أقل من ذلك ، يمكن أن يكون هناك ما يرجع إلى حد ما ، حيث يمكن أن يكون هناك خطأ أقل من ذلك. قيمة مرجعية عالية للإنتاج الفعلي .

V . اتجاه التطوير المستقبلي

1. الذكاء والأتمتة:

في تطوير تكنولوجيا التصنيع المتقدمة ، أصبح الذكاء والأتمتة اتجاهات رئيسية . لم يتم تحقيق حقل معالجة حرارة الليزر . من خلال المزيج الذكي من رؤية الماكينة وتكنولوجيا الذكاء الاصطناعي ، وقد تم تحقيق اختراقات ملحوظة.

تشبه تقنية رؤية الآلة بزوج من العيون الشديدة ، قادرة على التقاط مختلف التغييرات الدقيقة في عملية معالجة الليزر في الوقت الفعلي وبدقة . AI ، من ناحية أخرى ، تعمل على أنها دماغ ذكي ، قادرة على التعديل بسرعة ودقة addals admins admins admins {{

على سبيل المثال ، أثناء عملية التبريد ، يمكن للنظام مراقبة عمق الطبقة التي تم إخمادها في الوقت الفعلي . هذه الوظيفة تشبه تثبيت أداة قياس دقيقة للعملية ، مما يضمن أن عمق الطبقة المملوءة يفي دائمًا بمتطلبات التصميم. الشبكة . هذا يسمح بالاكتشاف في الوقت المناسب وتعديل المناطق ذات درجات حرارة غير متساوية ، وبالتالي ضمان اتساق واستقرار جودة المنتج .

2. تقنية المعالجة المركبة:

أظهرت تقنية المعالجة المركبة قوة مبتكرة قوية في مجال المعالجة الحرارية بالليزر . من خلال الجمع بين تبريد الليزر مع الكسوة والتنظيف والعمليات الأخرى ، فإنها تشكل خط إنتاج متعدد الوظائف ، مما يحسن إلى حد كبير كفاءة المعالجة .

يمكن لتبريد الليزر أن يحسن بشكل كبير صلابة السطح ومقاومة التآكل للأجزاء ، في حين أن الكسوة يمكن أن تضيف طبقة من المواد ذات الخصائص الخاصة على سطح الأجزاء ، مما يعزز مقاومة التآكل وارتفاع درجة الحرارة المقاومة ..

عندما يتم الجمع بين هذه العمليات ، فإنها تشكل وضع عمل تعاوني فعال . على سبيل المثال ، على خط الإنتاج ، يمكن أولاً تنظيف جزء لإزالة طبقات الأوساخ والأكسدة السطحية ، ثم يخضع لتبريد الليزر لزيادة صلابة السطح ، تليها cladding لتوفيرها مع خصائص خاصة. دورة الإنتاج ، وتعزز كفاءة الإنتاج ، ويقلل من تكاليف الإنتاج .

3. تكييف مواد جديد:

من خلال الارتفاع السريع لصناعة مركبات الطاقة الجديدة ، يزداد الطلب على المواد الخفيفة يوما بعد يوم . من أجل تلبية هذا الطلب ، قام مجال علاج الحرارة بالليزر بإجراء عملية البحث والتطوير بشكل نشط للمواد الخفيفة الاستخدام بشكل شائع في مركبات طاقة جديدة ، مثل ألعاب ألومينوم ، ومواد مركب ألياف الكربون ، وآخرون { العملية .

تتمتع سبيكة الألومنيوم بقوة جيدة وخصائص خفيفة الوزن ، ولكن لا يزال هناك مجال للتحسين في بعض جوانب الأداء . من خلال عملية معالجة الحرارة بالليزر المصممة خصيصًا ، يمكن تحسين هيكلها البلوري ، ويمكن تحسين قوته وصيادته ، بحيث يمكن أن تتكيف بشكل أفضل مع بيئة العمل المعقدة من سيارات الطاقة الجديدة.

تتمتع مركبات ألياف الكربون بنسبة ممتازة قوة إلى الوزن ، ولكن هناك تحديات في الاتصال والمعالجة السطحية . يمكن أن تحسن عمليات معالجة الحرارة بالليزر المتخصصة في أداء السطح وتعزيز قوة الاتصال مع المكونات الأخرى ، وبالتالي تحسين موثوقية وسلامة بنية السيارة بأكملها {{}}

توفر عمليات معالجة الحرارة بالليزر الخاصة هذه لتطوير المواد الجديدة دعمًا فنيًا قويًا لتطوير مركبات الطاقة الجديدة ، وتعزيز صناعة السيارات إلى اتجاه أكثر خفيفة الوزن وعالية الأداء ومستدامة .

السادس . الخاتمة

أصبحت تكنولوجيا المعالجة الحرارية بالليزر ، مع كفاءتها العالية والدقة والود البيئية ، عملية أساسية في صناعات التصنيع للسيارات والميكانيكية . من تعزيز مقاومة التآكل للمحرك إلى تمديد عمر التروس ، وتجهيز العديد من أمثلة التطبيق بشكل واضح على التصنيع العميق على الابتكار التكنولوجي على التصنيع {1}. ستعمل المعالجة الحرارية بلا شك على زيادة ترقية وتحويل تصنيع المعدات المتقدمة .