(0 Голосов)

Лазерная нагартовка – это технология холодной обработки, при которой в поверхность металлической заготовки ударяет высокоэнергетический импульсный лазерный луч, создающий волны механических напряжений большой амплитуды, что приводит к образованию компрессионно-напряжённой (нагартованной) оболочки в поверхности заготовки, поскольку материал поверхности сопротивляется расширению, вызванному волнами механических напряжений.

Параметры лазерной системы

Типовая лазерная система, используемая для лазерной нагартовки, имеет следующие параметры:

– длина волны лазера: около 1 мкм;

– длительность импульса: 10-50 нс;

– энергия импульса: 50-100 Дж;

– диаметр лазерного луча: 5 мм.

Принцип действия

Перед выполнением лазерной нагартовки поверхность материала заготовки покрывается непрозрачным слоем чёрной краски или чёрной металлической фольги/ленты. Затем этот чёрный слой накрывается сверху прозрачным верхним слоем (как правило, проточной водой).

Материал чёрного слоя имеет низкую теплоту парообразования.

Когда лазерный луч ударяет в поверхность заготовки, энергия импульсов поглощается непрозрачным покровным материалом, который нагревается, испаряется и образует высокотемпературную плазму. При этом плазменный газ удерживается между поверхностью заготовки и прозрачным слоем воды, ограничивающим тепловое расширение газа. В результате этого его давление возрастает до крайне высокого значения.

Высокое давление плазменного газа передаётся материалу заготовки, вызывая в нём скачок уплотнения, который проходит сквозь него, создавая напряжение сжатия.

Преимущества по сравнению с дробеструйной обработкой

Основное преимущество лазерной нагартовки состоит в том, что заготовки обрабатываются в холодном состоянии (без нагрева или плавления). Что касается воды, то она в данной технологии используется для ограничения объёма распространения плазменного газа, находящегося под высоким давлением (а не для охлаждения поверхности заготовки).

Кроме того, хотя по величине механических напряжений поверхности лазерная нагартовка сопоставима с дробеструйной обработкой, она значительно превосходит её по глубине зоны сжатия, которая может достигать 5 мм при условии нанесения серии ударов лазерного луча по каждому пятну поверхности. А, вообще, глубина сжатого слоя, достижимая при использовании наиболее распространённых технологических параметров лазерной нагартовки, варьируется в пределах от 1 до 2 мм, что по меньшей мере в 4-5 раз превосходит глубину зоны сжатия при дробеструйной обработке.

Ещё одним преимуществом этой технологии является то, что остаточные напряжения сжатия препятствуют как возникновению, так и распространению трещин. Поэтому лазерная нагартовка используется главным образом для повышения усталостной прочности металлов. Благодаря большей глубине проникновения зоны напряжения сжатия, эта технология сильнее, чем дробеструйная обработка, улучшает свойства поверхности материала.

Методом лазерной нагартовки можно обрабатывать стали, чугуны с шаровидным графитом (ковкие), порошковые ферросплавы, алюминиевые сплавы, никелевые, а также титановые сплавы.

Свойства металлов, которые можно улучшить с помощью данной технологии:

– усталостная прочность;

– сопротивление коррозионному растрескиванию под действием механических напряжений;

– коррозионно-усталостная прочность;

– сопротивление межкристаллитной коррозии.

Области применения

Лазерной нагартовке, как правило, подвергаются следующие изделия: лопатки авиационных газотурбинных двигателей, металлоконструкции фюзеляжей летательных аппаратов, шестерни трансмиссий вертолётов, роторы реактивных авиационных двигателей и др.