Lazerinio gesinimo technologijos principas, charakteristikos ir taikymas

Lazerinis gesinimas yra pažangiausias procesas, kurio metu naudojami didelės energijos lazerio spinduliai medžiagų paviršiams kaitinti virš jų fazinio virsmo taškų. Medžiagai natūraliai vėstant, austenitas virsta martensitu, sukurdamas sukietėjusį sluoksnį, pasižymintį išskirtiniu kietumu ir atsparumu dilimui gaminio paviršiuje. Ši technika žymiai pakeičia ruošinio paviršių mikrostruktūrą ir savybes nepakenkiant pagrindinės medžiagos bendroms eksploatacinėms savybėms, o kontroliuojamo terminio apdorojimo būdu pasiekiamas vietinis stiprumo padidėjimas.

Lazerinio paviršiaus gesinimo savybės apima:

Didelis galios tankis: lazerinis paviršiaus gesinimas naudoja fokusuotą lazerio spindulį kaip šilumos šaltinį, kad greitai įkaitintų ruošinio paviršių ir suformuotų austenitą.

Greitas kaitinimas ir aušinimas: Proceso metu pasiekiamas greitas kaitinimas per kelias sekundes (paprastai 0,01–0,001 sekundės), efektyviai sumažinant ruošinio deformaciją. Šis švarus ir efektyvus gesinimo metodas panaikina vandens ar aliejaus, kaip aušinimo medžiagų, poreikį. Palyginti su indukciniu grūdinimu, liepsnos grūdinimu ir įanglinimo procesais, lazerinis gesinimas sukuria tolygiai sukietėjusį sluoksnį, pasižymintį didesniu kietumu (paprastai 1–3 HRC didesniu nei indukcinis gesinimas).

Minimali detalės deformacija: greitas kaitinimo ir aušinimo procesas sumažina ruošinio deformaciją, todėl galima tiksliai valdyti kaitinimo gylį ir trajektoriją. Tai leidžia automatizuoti procesą nereikalaujant specialių indukcinių ričių skirtingiems detalių dydžiams, kaip reikia indukcinio grūdinimo atveju. Tai taip pat pašalina krosnies dydžio apribojimus, susijusius su cheminiu terminiu apdorojimu, pvz., didelių komponentų įanglinimu ir grūdinimu. Todėl lazerinis grūdinimas vis dažniau pakeičia tradicinius metodus, tokius kaip indukcinis ir cheminis terminis apdorojimas įvairiose pramonės srityse. Pažymėtina, kad lazerinis grūdinimas prieš ir po apdorojimo sukelia nežymią medžiagos deformaciją. Aukštos temperatūros metalinėms detalėms, kurių gesinimo temperatūra tiksliai atitinka lydymosi temperatūras, indukcinis paviršiaus grūdinimas dažnai pažeidžia kampus ar nelygias vietas, todėl susidaro metalo laužas. Lazerinis paviršiaus grūdinimas visiškai išsprendžia šį apribojimą.

Todėl jis ypač tinka detalių, kurioms keliami aukšti tikslumo reikalavimai, paviršiaus apdorojimui. Apdoroto ruošinio nereikia šlifuoti ir jis gali būti naudojamas kaip paskutinis apdailos procesas.

Tinka sudėtingoms formoms: gali būti naudojamas sudėtingos formos komponentams, tokiems kaip aklinos skylės, vidinės skylės, maži grioveliai, plonasienės detalės ir kt. Didelis universalumas: dėl didelio lazerio fokusavimo gylio nėra griežtų apribojimų detalių dydžiui, matmenims ar paviršiui grūdinimo metu. Priešingai, esamam vidutinio ir aukšto dažnio grūdinimui reikalingi specialiai pagaminti indukciniai jutikliai įvairioms detalėms;

Lazeriu grūdintų sluoksnių gylis paprastai svyruoja nuo 0,3 iki 2,0 mm, priklausomai nuo tokių veiksnių kaip medžiagos sudėtis, specifikacijos, paviršiaus savybės ir pagrindiniai apdorojimo parametrai. Atliekant grūdinimo apdorojimą didelių transmisijų krumpliaračių arba variklio veleno komponentų veleno kakleliams, paviršiaus šiurkštumas iš esmės nepakinta. Tai panaikina poreikį atlikti papildomą apdirbimą, kad būtų patenkinti konkretūs eksploataciniai reikalavimai.

Lazerinis gesinimas naudoja du skenavimo metodus: siaurajuostį skenavimą apskritomis arba stačiakampėmis dėmėmis ir plačiajuostį skenavimą linijinėmis dėmėmis. Siaurajuosčio skenavimo metu sukietėjusios zonos plotis tiksliai atitinka dėmės skersmenį, paprastai 5 mm ribose. Didelio ploto grūdinimo taikymams reikalingi nuoseklūs skenavimai, kai persidengiančios zonos sukuria grūdintas minkštėjimo juostas. Šių juostų plotis priklauso nuo dėmės savybių, o vienodos stačiakampės dėmės paprastai sukuria mažesnes juostas. Siekiant sušvelninti neigiamą minkštėjimo juostų poveikį, naudojama plačiajuosčio skenavimo technologija. Šis metodas transformuoja fokusuotas apskritas dėmes į linijines, žymiai padidindamas skenavimo plotį.

Lazerinio gesinimo technologijos tyrimai, plėtra ir taikymas šiuo metu yra kylančioje fazėje, nors sudėtingų formų ruošinių apdirbimas vis dar kelia iššūkių. Tačiau, kaip pažangiausia terminio apdorojimo inovacija, lazerinis gesinimas leidžia pasiekti techninius tikslus, kurių tradiciniais paviršiaus gesinimo metodais sunku pasiekti. Pažymėtina, kad šis procesas panaikina aušinimo terpės poreikį gamybos metu, o tai atitinka pasaulinės pramonės įsipareigojimą laikytis „mažos oksidacijos ir ekologiškos gamybos“ standartų. Jis ypač veiksmingas terminio įvairių mechaninių komponentų, įskaitant pjovimo įrankių kraštus, vožtuvų sandarinimo paviršius, mažas pavaras, miniatiūrines formas, automobilių dalis, krumpliaračius, staklių kreipiamąsias, variklių velenus ir reduktorių velenus, paviršiaus terminiam apdorojimui.