PEENED sốc laser: Đổi mới công nghệ tăng cường bề mặt từ phòng thí nghiệm đến địa điểm công nghiệp
Công nghệ gây sốc laser, một quy trình sáng tạo được gọi là "Cách mạng tăng cường bề mặt vật liệu", đang lặng lẽ định hình lại cảnh quan sản xuất kết thúc-. Từ cái nhìn đầu tiên về việc thay đổi cấu trúc vi mô của hợp kim nhôm trong phòng thí nghiệm Mỹ sang thực hành công nghiệp của chế biến lưỡi Boeing 777; Từ sự ra đời của dây chuyền sản xuất xung liên tục đầu tiên ở Trung Quốc cho đến sự đột phá của hệ thống tăng cường ổ đĩa tích hợp, nó sử dụng sự bùng nổ tức thời của plasma điện áp cao - để khắc một chất chống - "che chắn bảo vệ" trên bề mặt kim loại.
Khi chùm tia laser nanosecond va chạm với kim loại, sự bốc hơi và bay hơi của lớp hấp thụ năng lượng giống như một vụ nổ vi mô, tạo ra sóng áp suất cao -, tạo ra một mạng lưới ứng suất nén dày đặc bên trong vật liệu. Việc lựa chọn lớp ràng buộc giống như may đo - Hiệu ứng cuối cùng của thủy tinh và sự thích nghi công nghiệp của dòng nước, tính linh hoạt của sơn đen nhưng khó loại bỏ, và sự thuận tiện của lá nhôm trở thành lựa chọn đầu tiên. Trong lĩnh vực mô phỏng số, sự đan xen của các thuật toán rõ ràng và tiềm ẩn và sự đổi mới của mô hình biến dạng nội tại đang thực hiện tối ưu hóa quá trình chuyển từ "thử và lỗi" sang "tính toán chính xác".
Đây không chỉ là sự phát triển của một công nghệ, mà còn là một tuyên bố của ngành sản xuất để "thách thức giới hạn": làm thế nào "trái tim" của một động cơ máy bay có thể chịu được hàng chục ngàn tác động? Làm thế nào một lò phản ứng hạt nhân có thể chống lại áp lực hàng thập kỷ? Cấy ghép sinh học có thể tìm thấy sự cân bằng giữa độ dẻo dai và suy thoái? PEENE SHOCK LASER đang sử dụng sức mạnh của các photon để viết câu trả lời cho những vấn đề khó khăn này.
Công nghệ gây sốc laser, còn được gọi là peening bắn laser, là một công nghệ sửa đổi bề mặt mới, hiệu quả và nhanh chóng. So với công nghệ PEEENTER SHOTS truyền thống, nó có thể tạo thành một lớp ứng suất nén còn lại sâu hơn trên bề mặt của phôi và có khả năng điều khiển mạnh và khả năng thích ứng tốt, và có thể xử lý khó khăn - với - các bộ phận xử lý. Hiện tại, công nghệ này đã được sử dụng rộng rãi trong sự mệt mỏi - Sản xuất chống lại như lưỡi dao động cơ máy bay, bánh răng và mối hàn áp lực của nhà máy điện hạt nhân. Với sự sụt giảm hơn nữa về giá của thiết bị laser, công nghệ PEENED sốc laser sẽ được sử dụng rộng rãi hơn.
Công nghệ gây sốc laser được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật.
Vào năm 1972, Hoa Kỳ đã sử dụng High - Laser Power - đã gây ra sóng sốc để xử lý High - Hợp kim Aluminum lần đầu tiên và phát hiện ra rằng cấu trúc vi mô bề mặt của nó đã thay đổi. Vào cuối những năm 1980, các quốc gia và khu vực như Châu Âu, Nhật Bản và Israel đã thực hiện nghiên cứu về công nghệ gây sốc laser.
Năm 1995, công ty công nghệ xử lý sốc laser đầu tiên trên thế giới được thành lập tại Hoa Kỳ. Năm 1997, General Motors đã sử dụng công nghệ xử lý sốc laser để xử lý các cánh quạt động cơ máy bay, cải thiện đáng kể khả năng chịu thiệt hại của đối tượng nước ngoài. Vào năm 2001, công ty công nghệ xử lý sốc laser của Mỹ đã thực hiện PEENED sốc laser trên hơn 800 động cơ của Rolls - Royce. Năm 2004, công ty đã hợp tác với Phòng thí nghiệm Không quân Hoa Kỳ để tiến hành nghiên cứu sửa chữa bắn tia laser trên lưỡi cắt Titanium động cơ bị hư hỏng trên F/A - 22, và sức mạnh mệt mỏi của nó đã tăng gấp đôi. Trong cùng năm đó, Hoa Kỳ đã chính thức ban hành đặc điểm kỹ thuật xử lý sốc laser và công nghệ đã được áp dụng cho việc xử lý lưỡi của Boeing 777. Vào năm 2012, Hoa Kỳ đã phát triển thành công một thiết bị xử lý sốc laser di động có thể vào trang web công nghiệp để cung cấp dịch vụ thời gian thực. Vào năm 2002, Tập đoàn Toshiba của Nhật Bản đã sử dụng laser nhỏ để xử lý các mối hàn như tàu áp lực lò phản ứng hạt nhân và khớp ống để cải thiện tuổi thọ mệt mỏi của các bộ phận.
Các học giả nước ngoài cũng đã sử dụng công nghệ xử lý sốc laser để tăng cường kim loại y sinh và hợp kim, cải thiện độ cứng, sức mạnh năng suất và tuổi thọ mỏi của cấy ghép vĩnh viễn và giảm tốc độ suy giảm của cấy ghép có thể phân hủy như canxi - magiê.
Nghiên cứu trong nước về công nghệ xử lý sốc laser bắt đầu vào những năm 1990, chủ yếu tập trung vào một loạt các nghiên cứu thực nghiệm và các cuộc thảo luận lý thuyết liên quan về hợp kim và thép nhôm. Từ năm 1992, Đại học Hàng không và Vật nhân Nam Kinh đã hợp tác với Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc để thực hiện nghiên cứu về tăng cường sốc laser và sản xuất sức đề kháng mệt mỏi của các bộ phận cấu trúc hàng không. Năm 1995, thiết bị tăng cường sốc laser đầu tiên cho thí nghiệm sốc laser duy nhất ở Trung Quốc đã được phát triển thành công tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc. Năm 2008, Đại học Kỹ thuật Không quân, kết hợp với Công ty TNHH Phát triển Công nghệ Optoelectronic Xi'an và Công ty TNHH Công ty Công nghệ Optoelectronic Bắc Kinh, Công ty TNHH đã phát triển thành công dây chuyền sản xuất tăng cường áp suất laser xung liên tục đầu tiên của đất nước tôi. Vào năm 2011, bộ thiết bị hệ thống tăng cường sốc laser tích hợp đầu tiên của đất nước tôi đã được phát triển thành công tại Viện Tự động hóa Thẩm Dương, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và được chuyển đến Thẩm Dây của Công ty TNHH Thẩm mỹ, Ltd. để sử dụng.
Cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng của pening laser
When a laser beam with a power density greater than 10⁹W/cm² and a pulse width of nanoseconds irradiates the metal surface, the energy absorption layer absorbs the laser energy and undergoes explosive vaporization and evaporation, generating a high-temperature (>10⁷K) and high-pressure (>1GPA) Lớp huyết tương. PEENED sốc laser sử dụng sóng xung kích mạnh mẽ truyền vào vật liệu gây ra bởi tải trọng tác động được áp dụng bởi lớp plasma áp suất - cao trên mục tiêu.
Các vật liệu lớp bị ràng buộc hiện được sử dụng chủ yếu bao gồm K9 Kính quang, Thủy tinh hữu cơ và Lớp dòng nước. Các lớp vật liệu thủy tinh bị ràng buộc có tác dụng tốt nhất, nhưng có khả năng thích ứng kém và sẽ bị phá vỡ, chỉ phù hợp để điều trị sốc laser đơn. Nói chung, lớp dòng nước được sử dụng làm lớp bị ràng buộc trong các thử nghiệm sốc laser và các ứng dụng công nghiệp. Nó có những lợi thế của khả năng ứng dụng mạnh mẽ, chi phí thấp, hoạt động dễ dàng và không cần thay thế. Ngoại trừ một số lượng nhỏ các quá trình điều trị sốc laser không sử dụng các lớp hấp thụ năng lượng, hầu hết chúng đều yêu cầu các lớp hấp thụ năng lượng. Các lớp hấp thụ năng lượng thường được sử dụng chủ yếu là các vật liệu có nhiệt hóa hơi thấp như sơn đen, lá nhôm và băng đen. Sơn đen có khả năng ứng dụng tốt và có thể được sử dụng để điều trị bằng cú sốc laser đối với các rãnh, lỗ nhỏ, v.v., nhưng không dễ để loại bỏ sau khi hoàn thành sốc, vì vậy lá nhôm và băng đen thường được sử dụng làm lớp hấp thụ năng lượng.
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến ảnh hưởng của việc gây sốc laser, chủ yếu là tính chất vật liệu, lớp ràng buộc, lớp hấp thụ năng lượng, các thông số sốc laser, v.v. Nếu mật độ công suất laser không thay đổi, chiều rộng xung laser càng dài, thời gian sóng xung kích càng dài hơn. Tuy nhiên, nếu chiều rộng xung laser quá lớn, rất dễ gây cháy bề mặt vật liệu bị ảnh hưởng. Chỉ bằng cách chọn lớp ràng buộc hợp lý, lớp hấp thụ năng lượng và các thông số sốc laser theo tính chất vật liệu có thể đạt được hiệu quả tăng cường tốt hơn.
Mô phỏng số của mô phỏng số gây sốc laser giúp thu được các tham số quá trình tối ưu cho các ứng dụng cụ thể và dần dần trở thành một phương tiện quan trọng để nghiên cứu peening sốc laser. Các học giả trong và ngoài nước đã thực hiện rất nhiều nghiên cứu về mô hình hóa và tối ưu hóa việc gây sốc laser. Hiện tại, ngành công nghiệp đã đạt được tiến bộ lớn trong phân tích động rõ ràng + Phân tích tĩnh phân tích tĩnh điện Laser phương pháp mô phỏng số lượng và phương pháp mô phỏng số lượng sốc laser dựa trên biến dạng nội tại.
Khi lớp plasma áp suất cao - ảnh hưởng đến vật liệu đích, vật liệu trong khu vực tác động trải qua biến dạng dẻo tốc độ biến dạng cao và phản ứng cấu trúc thay đổi rất nhanh, đây là vấn đề động tốc độ cao phi tuyến tính cao-. Nếu thuật toán phần tử hữu hạn ngầm được sử dụng để giải quyết loại vấn đề này, nó không chỉ yêu cầu một lượng lớn tính toán và lưu trữ, mà còn gặp khó khăn trong việc hội tụ tính toán. Cần sử dụng một phương pháp phân tích phần tử hữu hạn rõ ràng để giải quyết sóng ứng suất được tạo ra bởi tác động plasma. Cụ thể, việc sử dụng toàn diện các phương pháp phân tích phần tử hữu hạn rõ ràng và ngầm để thực hiện mô phỏng số của quá trình phản ứng động của vật liệu theo tác động của sóng xung kích có lợi cho việc thu được kết quả dự đoán trường ứng suất còn lại chính xác.
Khi một phương pháp và phương pháp tăng áp ứng suất dư Laser duy nhất - điểm được sử dụng để mô phỏng số lượng cú sốc laser chồng chéo điểm nhiều điểm - ở vùng lớn, tổng số lượng tính toán thường rất lớn và phải mất rất nhiều thời gian để có được trường ứng suất còn lại của mẫu vật. Ngoài ra, do ảnh hưởng lớn của hình học phôi trên trường ứng suất dư, rất khó để mô phỏng chính xác trường ứng suất dư của đa - điểm sốc laser chồng chéo điểm của các thành phần thực với các bề mặt cong phức tạp sử dụng phương pháp tăng áp lực.
Để giải quyết hiệu quả hai vấn đề này, một số nhà nghiên cứu đã thiết lập một mô hình số dựa trên căng thẳng nội tại để mô phỏng trường ứng suất còn lại của tăng sốc laser. Mô hình này giả định rằng biến dạng nội tại được hình thành bởi sốc laser trên bề mặt của thành phần không nhạy cảm với hình học thành phần. Quá trình mô phỏng chỉ tập trung vào biến dạng nhựa gây ra bởi sốc laser. Trường biến dạng của khu vực lớn - Multi - sốc laser điểm của thành phần thu được bằng sự chồng chất của biến dạng nội tại, và mô hình nhiệt được sử dụng để thu được trường ứng suất dư cuối cùng và biến dạng nhựa.
Trong những năm gần đây, các học giả có liên quan trong và ngoài nước đã sử dụng mô hình này để mô phỏng số các trường ứng suất còn lại của tăng cường sốc laser của các thành phần phức tạp khác nhau. Hiệu quả tính toán của mô hình chủng nội tại này được cải thiện đáng kể so với mô hình truyền thống và mô hình được thiết lập có thể dự đoán hiệu quả trường ứng suất còn lại do sốc laser gây ra.
