Tecnología de tratamiento de superficies con láser

Enfriamiento por láser

El enfriamiento por láser es una de las soluciones para procesar componentes complejos sometidos a altas tensiones. Puede hacer que los componentes con alto desgaste, como árboles de levas y herramientas de flexión, soporten una mayor tensión y prolonguen su vida útil.

Su principio es reorganizar los átomos de carbono en la red metálica (austenita) y luego el rayo láser calienta constantemente la superficie a lo largo de la dirección de alimentación. A medida que el rayo láser se mueve, el material circundante se enfría rápidamente y la red metálica no puede volver a su forma original, por lo que se produce martensita, que aumenta significativamente la dureza. La profundidad de endurecimiento de la capa exterior de acero al carbono lograda mediante endurecimiento por láser suele ser de 0.1-1.5 mm y puede ser de 2,5 mm o más en algunos materiales.

En comparación con los métodos de enfriamiento tradicionales, sus ventajas son:
1. La entrada de calor específica se limita a áreas locales, por lo que casi no se deforman los componentes durante el procesamiento. Los costos de retrabajo se reducen o incluso se eliminan por completo;
2. También se puede endurecer en superficies geométricas complejas y piezas de precisión, y puede lograr un endurecimiento preciso de superficies funcionales localmente limitadas que no pueden templarse mediante métodos de temple tradicionales;
3. Sin distorsión. En los procesos de endurecimiento convencionales, las deformaciones se producen debido a un mayor aporte de energía y al enfriamiento, pero en los procesos de endurecimiento por láser el aporte de calor se puede controlar con precisión gracias a la tecnología láser y al control de temperatura. Los componentes permanecen casi en su estado original;
4. La geometría de dureza de la pieza se puede cambiar rápidamente "sobre la marcha". Esto significa que no es necesario convertir la óptica o el sistema completo.

Texturizado Láser

El texturizado por láser es uno de los métodos de proceso para la modificación de superficies de materiales metálicos. Durante el proceso de estructuración, el láser crea formas geométricas dispuestas regularmente en capas o sustratos para modificar específicamente propiedades técnicas y desarrollar nuevas funcionalidades. El proceso implica el uso de radiación láser, generalmente láseres de pulso corto, para producir formas geométricas dispuestas regularmente sobre una superficie de manera repetible. El rayo láser funde el material de forma controlada y se solidifica formando una estructura definida con una gestión del proceso adecuada.

Tratamiento de superficies coloridas con láser

El templado por láser se utiliza comúnmente en el tratamiento de superficies coloridas con láser, también conocido como marcado de color con láser. El principio del proceso es que cuando el láser calienta el material, el metal se calienta localmente hasta un punto ligeramente inferior a su punto de fusión. Bajo los parámetros de proceso apropiados, la estructura de la puerta cambiará en este momento; Se formará una capa de óxido en la superficie de la pieza de trabajo y esta película quedará expuesta a la luz. Bajo irradiación, la interferencia de la luz incidente hace que aparezcan varios colores templados en este momento. La capa de marcado fantasma generada en la superficie cambia con diferentes ángulos de visión, y los patrones de marcado también cambiarán a varios colores diferentes. color.

Estos colores son estables a la temperatura hasta aproximadamente 200 grados. A temperaturas más altas, la puerta vuelve a su estado original y la marca desaparece. La calidad de la superficie estará intacta. Tiene un alto grado de seguridad y trazabilidad en aplicaciones antifalsificación. Se utiliza desde hace mucho tiempo en la tecnología médica y, además del nuevo marcado negro con láseres de pulso ultracorto, también es ideal para el marcado de productos y, con ello, para una trazabilidad única según las directivas UDI.

Revestimiento láser

Es un proceso de fabricación aditiva adecuado para materiales híbridos metálicos y cermet. Esto le permite crear o modificar formas geométricas 3D. Con este método de producción, el láser también puede realizar reparaciones o recubrimientos. Por ello, en la industria aeroespacial, la fabricación aditiva se utiliza para reparar álabes de turbinas. En la fabricación de herramientas y moldes, los bordes y superficies funcionales agrietados o desgastados se pueden reparar o incluso proteger parcialmente. Para proteger contra el desgaste y la corrosión, en los sectores de la tecnología energética o la petroquímica se recubren cojinetes, rodillos o componentes hidráulicos. Y la fabricación aditiva también se utiliza en la fabricación de automóviles. Aquí se han mejorado una gran cantidad de componentes. En el revestimiento metálico por láser convencional, el rayo láser primero calienta localmente la pieza de trabajo y luego forma un baño de fusión. Luego se rocía polvo de metal fino directamente en el baño fundido desde la boquilla del cabezal de procesamiento láser. Durante el revestimiento metálico con láser de alta velocidad, las partículas de polvo se calientan casi hasta la temperatura de fusión justo por encima de la superficie del sustrato. Por tanto, se requiere menos tiempo para fundir las partículas de polvo. Efecto: Mejorar significativamente la velocidad del proceso. Debido a los menores efectos térmicos, materiales muy sensibles al calor, como aleaciones de aluminio y aleaciones de hierro fundido, también pueden recubrirse mediante revestimiento metálico con láser de alta velocidad. El proceso HS-LMD permite producir velocidades superficiales muy altas de hasta 1500 cm²/min en superficies rotacionalmente simétricas. Al mismo tiempo se alcanzan velocidades de avance de hasta varios cientos de metros por minuto. Repare piezas o moldes costosos de forma rápida y sencilla con revestimiento metálico con láser en polvo. Los daños grandes y pequeños se pueden reparar de forma rápida y prácticamente sin dejar rastro. El diseño también se puede cambiar. Esto ahorra tiempo, energía y materiales. Especialmente para metales caros como el níquel o el titanio, merece la pena. Ejemplos de aplicación típicos son álabes de turbinas, diversos pistones, válvulas, ejes o moldes.

Tratamiento térmico con láser

Miles de pequeños láseres (VCSEL) están montados en un solo chip. Cada transmisor está equipado con 56 de estos chips y un módulo consta de varios transmisores. Una zona de radiación rectangular puede contener millones de láseres diminutos y puede generar varios kilovatios de potencia de láser infrarrojo. El VCSEL genera un haz de infrarrojo cercano con una intensidad de radiación de 100 W/cm² a través de una gran sección transversal rectangular direccional del haz. En principio, esta tecnología es adecuada para todos los procesos industriales que requieren un control extremadamente preciso de la superficie y la temperatura. El módulo de tratamiento térmico por láser es especialmente adecuado para aplicaciones de calefacción de grandes superficies que requieren precisión y flexibilidad estrictas. En comparación con los métodos de calentamiento tradicionales, este nuevo proceso de calentamiento tiene mayor flexibilidad, precisión y ahorro de costos.

Esta tecnología se puede utilizar para sellar láminas de batería tipo bolsa para evitar que el papel de aluminio se arrugue, extendiendo así la vida útil de la batería. También se puede utilizar en aplicaciones como el secado de papel de aluminio para baterías, paneles solares humectantes y procesamiento preciso de áreas que se calentarán en materiales específicos como acero y obleas de silicio.

Pulido láser

El mecanismo de la tecnología de pulido láser es la fusión estrecha de la superficie y la sobrefusión de la superficie, que se basa en la refundición de la superficie y la resolidificación de la capa refundida por láser. Cuando una superficie metálica es irradiada por un láser de energía suficientemente alta, su superficie sufre un cierto grado de refundición, redistribución y tensión de tracción superficial y gravedad, logrando una superficie lisa antes de la solidificación. Todo el espesor de la capa fundida es menor que la altura desde el valle hasta la cresta, lo que permite que todo el metal fundido llene los valles cercanos. La fuerza impulsora para este llenado se logra a través del efecto capilar, mientras que una capa fundida más gruesa promoverá el metal líquido. La fuerza impulsora para el flujo hacia afuera desde el centro del charco fundido es el efecto termocapilar o Marconi, que lo redistribuye.

Granallado con láser / Fortalecimiento por impacto con láser

El granallado por choque con láser, también llamado granallado por láser, irradia la superficie de las piezas metálicas con un láser de pulso corto, alta densidad de energía y alto enfoque (λ=1053nm), y la superficie del metal (o capa de absorción) se endurece instantáneamente. formado bajo la acción de un láser de alta densidad de potencia. El plasma explota y la onda de choque de la explosión se transmite al interior de la pieza metálica bajo las limitaciones de la capa restrictiva, lo que hace que los granos de la superficie sufran una deformación plástica por compresión y se obtienen efectos de fortalecimiento de la superficie como tensión de compresión residual y refinamiento del grano en el superficie más gruesa de la pieza. En comparación con el granallado mecánico tradicional, tiene las siguientes ventajas:

1. Fuerte direccionalidad: el láser actúa sobre la superficie del metal en un ángulo controlable, con alta eficiencia de conversión de energía, mientras que el ángulo de impacto de los proyectiles mecánicos es aleatorio;
2. Gran fuerza: la presión instantánea generada por la voladura de plasma con granallado por láser es tan alta como varios GPa; alta densidad de potencia: la densidad de potencia máxima del impacto láser alcanza varias decenas de GW/cm2;
3. Buena integridad de la superficie: el impacto del láser casi no tiene efecto de pulverización en la superficie, mientras que después del granallado mecánico, la morfología de la superficie se daña y se produce la concentración de tensiones. El valor máximo de tensión de compresión después del impacto del láser es mejor, la tensión de compresión residual de la superficie aumenta aproximadamente entre un 40% y un 50% y la vida a la fatiga, la resistencia a altas temperaturas, la formación de flexión y otros indicadores relacionados de la pieza de trabajo mejoran significativamente. Se ha utilizado en el tratamiento de superficies de aviones, tratamiento de superficies de motores de aviones y otros campos.