Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2

- 28 2.1 Các phương pháp nhiệt luyện bề mặt bằng laser Nhiệt luyện bằng tia laser Phân loại Các phương pháp Phân tích các phương pháp nhiệt luyện bằng laser.
- Tôi bề mặt bằng tia laser Các tham số chính ảnh hưởng chất lượng tôi bằng laser .
- Một số vấn đề của Tôi bề mặt bằng laser .
- Mô hình nhiệt nhiệt luyện bề mặt bằng laser .
- Lợi dụng khả năng sinh nhiệt của laser khi tương tác với vật liệu, người ta đã sử dụng laser để nhiệt luyện bề mặt.
- Ưu điểm quan trọng nhất của nhiệt luyện bằng laser là khả năng tăng cứng các bề mặt tuyển chọn chịu mài mòn.
- Các nghiên cứu này chú ý đến việc sử dụng các lớp phủ Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 2 không phản xạ và phân tích đặc tính của dòng nhiệt.
- Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 3 Cơ sở lý thuyết của Laser chính là tiền đề của Einstein, phát triển vào năm 1917 để dẫn ra công thức phát xạ của Planck.
- Trong quá trình trở về này, nguyên tử sẽ bức xạ ra Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 4 một lượng tử năng lượng (photon) chính bằng E = hv.
- Sơ đồ nguyên lý máy phát Laser NGUỒN BỨC XẠ KÍCH THÍCH HOẠT CHẤT BUỒNG CỘNG HƯỞNG LASER Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 5 1.3.1 Hoạt chất Là các môi trường vật chất có khả năng khuếch đại ánh sáng đi qua nó.
- Kích thích bằng ánh sáng (còn gọi bơm quang học) Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 6 - Kích thích bằng va chạm điện tử: năng lượng điện tử được gia tốc trong điện trường, năng lượng được truyền cho các hệ nguyên tử hoạt chất nhờ quá trình va chạm.
- Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 8 Laser Ruby Laser Ruby là laser đầu tiên được chế tạo bởi Maiman vào năm 1960.
- Phổ bức xạ của ion Crom trong tinh thể ruby Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 9 Laser Nd-YAG Hình 1.4.
- Không phải gia công hoạt chất chính xác như đối với Laser rắn Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 10 - Có thể dễ dàng tạo được công suất lớn theo ý muốn bằng cách tăng nồng độ tâm kích hoạt và tăng khối lượng hoạt chất.
- Nghịch đảo nồng độ trong Laser khí được hình thành ở những trạng thái kích thích của nguyên tử hoặc phân tử, được thực hiện bằng phóng điện chất khí trong Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 11 ống Laser.
- Bởi vậy laser CO2 được sử dụng rộng rãi để gia công, hàn và xử lý bề mặt.
- Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 12 N2 có vai trò chính là truyền năng lượng cộng hưởng cho phân tử CO2 mức laser trên, tạo nên nghịch đảo độ tích lũy cho laser CO2.
- Hình 1.5: Sơ đồ mức năng lượng laser CO2 Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 13 Laser He- Ne Hình 1.6: Sơ đồ mức năng lượng laser - He Là loại laser khí được sử dụng rất rộng rãi, được sản xuất với quy mô công nghiệp.
- Với chùm hình trụ và laser đơn mode: dmin = 2.44f/D (1.1) Khi kể đến thông số chất lượng chùm tia M2 = 1/K (sự phân kỳ của chùm): dmin = 4M2f/D (1.2) Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 14.
- Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 15 1.5.1 Máy phát laser rắn Hình 1.8.
- Q u a n g h ọ c T ập t r un g q u a n g h ó a K i ể m so á t ô n h i ễ m P h ẫu t h u ậ t m ắ t, d a, r ăn g m i ện g Đ i ề u t rị u b ư ớ u T ạo h ì n h , g h é p n ố i, tạ o m ẫ u nh a nh, g i a cô n g cơ k h í, P h u n p h ủ , x ử l ý b ề m ặt Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 17 Hình 1.11.
- Hợp kim hóa/ phủ bề mặt * Tạo mẫu nhanh * Phục hồi * Gia công (cắt, khoan.
- và công nghệ bề mặt.
- Ngoài tác dụng của dòng khí thổi là để đẩy vật liệu ra khỏi vùng cắt, trong một số trường hợp còn tạo ra các phản ứng hóa học ở các vị trí Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 19 tương tác của bức xạ trên kim loại, ví dụ như dùng khí thổi là oxy hoặc khí nén.
- Khoảng cách từ vòi thổi khí đến bề mặt kim loại.
- 1.6.2 Ứng dụng Laser để hàn vật liệu 1.6.2.1 Giới thiệu chung Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 20 Trong công nghiệp gia công kim loại, hàn bằng laser là một ứng dụng rất phổ biến.
- Mật độ công suất trên bề mặt gia công phải đạt được từ 105 = 107 W/cm2.
- Các thông số cơ bản của quá trình hàn xung là năng lượng và thời gian xung, đường kính hội tụ, tần số xung, vị trí điểm hội tụ so với bề mặt chi tiết.
- Người ta thường dùng cách hàn truyền nhiệt để hàn kết dính các tấm mỏng, phương pháp hàn Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 21 sâu được sử dụng để hàn các tấm có chiều dày lớn.
- Bởi vì năng lượng được truyền cho chi tiết theo toàn bộ chiều sâu của lỗ khóa, nên Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 22 có thể đạt được sự thâm nhập sâu.
- Chuyển động tương đối giữa đầu hàn và chi tiết hình thành nên sự phân giới bằng cách dịch chuyển lỗ khóa trên bề mặt vật liệu.
- Dòng chảy này được dẫn hướng bởi sự biến thiên nhiệt độ và gây r a sức căng bề mặt của kim loại chảy lỏng.
- Điều đó gây ra kim loại lỏng chảy từ tâm của vũng đến rìa và Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 23 quay ngược trở xuống mặt vũng (hình b).
- Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 24 1.6.3 Các ứng dụng khác Hình 1.13 Tiện kim loại có hỗ trợ bằng tia laser Gia công có hỗ trợ bằng laser (Laser - Assisted Machining - LAM) là phương pháp gia công kết hợp cơ - nhiệt, được coi là phương pháp gia công thay thế cho các phương pháp cắt gọt thông thường khi gia công các loại vật liệu khó gia công, bằng cách sử dụng chùm tia laser để nung nóng chi tiết (không nhất thiết phải có sự chảy lỏng và bốc hơi vật liệu) trong khi đó dụng cụ cắt cơ khí bóc vật liệu (Hình 1.13).
- gây ra lẹo dao, mòn dao, chất lượng bề mặt gia công không cao, độ chính xác kích thước kém.
- Tại vùng gia công, bề mặt Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 25 vật liệu được nung nóng bằng chùm tia laser đến một nhiệt độ thích hợp.
- Không có hoặc có rất ít sự ảnh hưởng do gia công phá hủy trên bề mặt, bởi vậy giảm ứng suất gia công trên bề mặt chi tiết.
- Tăng độ nhẵn bóng bề mặt chi tiết - Giảm tốc độ mòn của dụng cụ cắt - Linh hoạt trong gia công - Có thể gia công được nhiều loại vật liệu có cơ tính cao, khó gia công.
- 1.6.4.2 Các thông số công nghệ chủ yếu - Công suất, mật độ công suất chùm laser - Hình dáng, kích thước điểm hội tụ - Góc tới của chùm laser so với bề mặt chi tiết - Thời gian tác động của laser.
- Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 26 Nhiệt luyện bằng tia laser thƣờng tập trung chủ yếu vào các vấn đề sau: Khả năng nhiệt luyện của các loại laser: Những đề cập đến ứng dụng laser CO2 để nhiệt luyện đều nhận xét laser CO2 khó hấp thụ đối với thép nên cần có biện pháp xử lí bề mặt trước nhiệt luyện.
- Về phương diện này laser diot đặc biệt thích hợp với nhiệt luyện vì khả năng phân bố đều nhiệt lượng trên bề mặt nhiệt luyện.
- Hệ thống thiết bị và hệ quang học dùng trong nhiệt luyện bằng tia laser: Mục tiêu là cải thiện phân bố đều năng lượng trên bề mặt nhiệt luyện.
- Tuy nhiên tuỳ theo môi trường ứng dụng, đó có thể là tôi bề mặt , thường hoá hay hoá học.
- Các phƣơng pháp phân tích nhiệt: phát triển mô hình nhiệt và các phương pháp điều khiển nguồn nhiệt nhằm mục đích cải thiện phân bố nhiệt trên bề mặt nhiệt luyện.
- Từ phương trình Fourie về truyền nhiệt được giải với phương pháp sai phân có hạn trong hệ toạ độ trụ để nghiên cứu sự phân bố nhiệt sinh ra Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 27 trong chi tiết, từ đó tính được chiều sâu nhiệt luyện.
- Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 28 CHƢƠNG 2 NHIỆT LUYỆN BẰNG TIA LASER 2.1 Các phƣơng pháp nhiệt luyện bề mặt bằng laser 2.1.1 Nhiệt luyện bằng tia laser Do đặc điểm truyền nhiệt (hình 2.1), năng lượng tích tụ I(z,t) giảm rất nhanh theo chiều sâu của vật chất được tương tác nên tia laser được sử dụng chỉ để nhiệt luyện bề mặt.
- Tạo carbit trên bề mặt (với remelting) 2.1.2 Phân loại: Nhiệt luyện bề mặt bằng laser có thể chia thành 3 nhóm chính: Nung nóng không chảy : gồm ủ (annealing), tôi (transformation hardenning), liên quan đến chuyển đổi pha ở trạng thái rắn.
- Phần năng lượng được hấp thu bởi vật liệu được kiểm soát bởi khả năng hấp thụ của bề mặt vật liệu.
- Nhiệt luyện làm thay đổi luyện kim trên bề mặt của khối vật liệu: bao gồm xử lí trạng thái nóng chảy, như các phương pháp làm mịn lại hạt (grain refining), đánh bóng bề mặt (glazing), đồng nhất bề mặt và tái nung chảy (remelting), yêu Cường độ, I Hình 2.1 : đồ thị năng lượng laser theo chiều sâu vật chất )z(Ïp)R1)(t(I)t,z(Io.
- hế số hấp thụ Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 29 cầu có các chu kì nung nóng chảy và làm mát nhanh để làm thay đổi tính chất bề mặt và phương pháp bốc hơi như làm cứng bằng va đập laser (laser schocking) Hoá nhiệt luyện: thay đổi hoá học bề mặt bằng bổ sung một vật liệu mới.
- Sự thay đổi bề mặt thông qua thấm (alloying) hoặc phủ bề mặt (clađing) khi bổ sung vật liệu khác lên bề mặt để hình thành lớp bề mặt (được thay đổi ) mới.
- Một cách phân chia khác, chỉ liên quan đến việc được nung nóng bởi laser , thay đổi tổ chức bề mặt ở giai đoạn nung nóng của nhiệt luyện bằng tia laser được thể hiện ở hình 2.2.
- 2.1.3 Các phƣơng pháp Hiện nay việc sử dụng laser nhiệt luyện để làm cứng bề mặt bao gồm các phương pháp sau: 1.
- Tôi bề mặt (laser transformation hardening): sử dụng nguồn nhiệt của laser dưới nhiệt độ tới hạn AC3 để chuyển biến austenit thành mactenit, tổ chức có độ cứng cao, chịu mài mòn tốt.
- Hợp kim hoá bề mặt (surface alloying): phương pháp pha vật liệu khác lên bề NHIỆT LUYỆN BỀ MẶT BẰNG LASER Đánh bóng bề mặt (Glazing) Làm cứmg bể mặt (Hardfacing) Hợp kim hoá bề mặt(Alloying) Tái nóng chảy (remelting) Tôi bề mặt (transformation harderning) (ủ (annealing) Tôi va đập (shock) N Ă N G L Ư Ợ N G Bốc hơi (vaporisation) Nóng chảy (Melting) Nung nóng (heating) Hình 2.2: Phân nhóm nhiệt luyện bề mặt bằng laser Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 30 mặt được làm nóng chảy bởi laser, mục đích để tăng cường tính chịu mòn hoặc tính mỹ thuật của bề mặt .
- Phủ bề mặt (surface cladding): sử dụng laser phủ lớp bề mặt để tăng cường tính chất vật lý, tính mỹ thuật cũng như làm thay đổi tính chất nhiệt (điểm nóng chảy) hoặc tính dẫn nhiệt của chi tiết.
- Hình 2.3 thể hiện miền nhiệt (cường độ năng lượng- thời gian tương tác) của các phương pháp xử lí bề mặt nêu trên.
- Hình 2.3: Biểu đồ cường độ năng lượng- thời gian tương tác của laser với kim loại Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 31 2.1.4 Phân tích các phƣơng pháp nhiệt luyện bằng laser.
- Tôi bề mặt (laser heat treatment- transformation harderning): tính năng có thể đạt được độ cứng tương đương với các phương pháp tôi truyền thống như tôi bề mặt bằng dòng điện cảm ứng, ngọn lửa, hồ quang (TIG) và chùm điện tử nhưng có những ưu thế hơn như.
- Gần như không gây ra biến dạng bề mặt (không cần gia công lại.
- Có thể nhiệt luyện bề mặt chọn lọc (trên diện tích yêu cầu với hình học bất kì.
- Nóng chảy bề mặt (surface melting / laser glazing.
- phương pháp sử dụng tia hội tụ hoặc gần hội tụ để làm nóng chảy bề mặt (phủ bởi một lớp khí trơ).
- Tuy nhiên phương pháp này cho đến nay vẫn không được triển khai sử dụng rộng rãi trong công nghiệp vì Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 32 trường hợp làm nóng chảy thép đúc hoặc thép dụng cụ, bề mặt có sự biến dạng cần gia công lại.
- Quá trình được thực hiện tạo nên lớp phủ bề mặt có đặc tính.
- Pha trộn hợp kim bề mặt bằng laser có khả năng tạo nên nhiều kiểu hợp kim bề mặt.
- phun các phần tử kim loại khác… Làm cứng bằng va đập (Schock hardening): Năng lượng tuyệt cao của tia laser tại các thời gian dừng (dwell time) ngắn làm bốc hơi 1 lớp mỏng ngay bề mặt vật liệu.
- Việc bốc hơi các nguyên tử bề mặt nhanh tạo nên xác xung lực và.
- Kích thước vết xử lí bề mặt khoảng từ 6-12mmvới tốc độ xung khoảng 4Hz.
- Tôi bề mặt bằng tia laser Tôi bề mặt bằng tia laser là phương pháp nhiệt luyện không làm thay đổi thành phần cấu tạo của bề mặt chi tiết.
- Có khả năng nhiệt luyện chi tiết to và hình dạng hình học bất kì, tạo mức linh hoạt trong thiết kế  Thân thiện với môi trường So với các phương pháp nhiệt luyện bằng laser khác, tôi bề mặt bằng laser không yêu cầu năng lượng quá lớn, rất phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm có thiết bị laser, công suất nhỏ (1kW).
- Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 35 Tốc độ dịch chuyển nguồn laser: được coi là đại diện cho tham số thời gian lưu trú tia laser trên vật liệu, tức thời gian tương tác của tia laser- vật liệu, quyết định đến tốc độ nung nóng vật liệu.
- Một số vấn đề của Tôi bề mặt bằng laser Tôi bề mặt bằng laser là một trong những phương pháp được thương mại hoá sớm nhất của các phương pháp nhiệt luyện bằng laser nhờ sự ra đời của laser CO2 công súât lớn, đủ để tôi bề mặt.
- Bước sóng của laser rắn chỉ bằng 1/10 bước sóng laser CO2 nên việc cấp laser đến chi tiết có thể thông qua sợi quang , thuận tiện cho việc lắp ráp vào robôt, xử dụng để nhiệt luyện các bề mặt phức tạp.
- Bước sóng ngắn cũng đồng nghĩa với khả năng hấp thụ tia của vật liệu kim loại tăng, vì vậy không cần phải phủ bề mặt chi tiết gia công, điều này làm cho phương pháp gia công đơn giản hơn.
- Laser diot có thể lắp trục tiếp vào robot, rất lí tưởng cho việc nhiệt luyện các bề mặt phức tạp.
- Việc sử dụng diot laser công suất cao được trông chờ sử dụng ngày càng Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 36 nhiều trong tôi bề mặt.
- Trong mọi trường hợp nếu bề mặt nhiệt luyện nhỏ hơn 10% bề mặt tổng chi tiết thì phương pháp tôi bằng laser được cho là kinh tế nhất.
- Hình 2.4: Một số chi tiết được nhiệt luyện bằng laser Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 37 2.3.
- Tia truyền qua ze Hình 2.5: thể hiện va chạm của tia X với bề mặt vật chất E-biên độ, -tần số , z- khoảng dịch chuyển theo hướng va chạm Hình 2.6 :vectơ trường điện và trường từ Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 38 kích hoạt).
- Mô hình dòng nhiệt khi nhiệt luyện bằng laser Để có thể nhiệt luyện được bằng laser, tia laser phải phân kỳ hoặc dao động trên một bề mặt có cường độ trung bình là 103 -104 W/mm2.
- Lí tưởng là nhiệt phân bố đều trên bề mặt nhiệt luyện.
- Phân bố năng lượng đều trên bề mặt chi tiết có thể thực hiện bởi.
- Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 40 Heatra : nhiệt sau khi truyền qua phần tử.
- xxxTxTk x y z Hình 2.8: Mô hình truyền nhiệt Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 41 2T + k1.
- Mô hình nhiệt nhiệt luyện bề mặt bằng laser Nhận thấy khi nhiệt luyện, nguồn nhiệt với công suất định trước tương tác vào bề mặt vật liệu với kích thước bằng đường kính chùm tia d.
- Phân tích nhiệt độ của một điểm trên bề mặt vật liệu khi chùm tia laser đi qua.
- (3) được viết lại dưới dạng: (4) Nhiệt luyện laser là quá trình nhiệt luyện bề mặt.
- Trong quá trình nhiệt luyện, nguồn nhiệt có công suất chỉ dịch chuyển một hướng x hoặc theo 1 huớng nội suy Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 42 x,y để tạo biên dạng mặt nhiệt luyện.
- Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 43 2.4.
- Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 44 Như vậy khi nung nóng quá đường GSE, mọi thép đều có tổ dung dịch rắn austenit chức giống nhau song nồng độ carbon khác nhau, bằng chính thành phần carbon của thép.
- Trong phạm vi này thép hạt nhỏ bao giờ cũng cho cơ tính tổng hợp cao Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 45 hơn, dễ nhiệt luyện hơn và được đánh giá cao hơn.
- Điều khiển hệ thống laser được thực hiện bởi các mô đun ,điều khiển theo nguyên lí xử lí „chủ-tớ“ với: He Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 64  Máy tính chủ: Điều khiển tổng, điều khiển các máy „tớ“ và điều khiển xử lí dữ liệu công nghệ.
- Trong máy MC 1000CNC, hai bộ điều khiển này được kết nối mà điều khiển tổng là bộ điều khiển Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 68 TNC 310.
- FAST BEAM ON : Đèn sáng báo lệnh cho ra tia Laser a) Giao diện vận hành của TNC310 b)Giao diện vận hành SM 1000MC Hình 3.13 Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 69 Khi bộ điều khiển laser được ghép nối với bộ điều khiển TNC 310 (qua giắc cắm X321 và X324) thì điều khiển gia công có thể được thực hiện hoàn toàn từ bộ điều khiển TNC.
- EXT TNC TRANSFER TNC EXT ENT Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 71 Một máy laser CNC phải thực hiện được.
- Hình 3.14: đầu ra Puls Công suất,W Thời gian, s dechv inchv Hình 3.15: chế độ inchv /dechv Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 72 inchv /dechv : lệnh điều khiển tăng/ giảm công suất laser theo dòng xác định (hình 3.15).
- Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 73 CHƢƠNG 4 THỰC NGHIỆM NHIỆT LUYỆN BẰNG TIA LASER Mục tiêu của thí nghiệm Tuyển chọn phương pháp thí nghiệm: Phương pháp tuyển chọn để thực hiện thí nghiệm là phương pháp tôi bề mặt bằng tia laser với thiết bị có sẵn LC1000CNC-C02 , một thiết bị được thiết kế và lắp đặt phục vụ công nghệ cắt.
- Xem xét ảnh hưởng của các tham số vật liệu (C45, SKD11), chiều dày lớp thấm tôi và cấu trúc kim tương của tôi bề mặt với tia laser.
- Tôi bề mặt chi tiết bằng laser CO2 75 Phân cực): Thẳng trên mặt phẳng tia Hệ số phẩm chất K (K=1/M2) >0.8 Góc phân kì:

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt