1. Principio del tratamiento térmico con láser.
El tratamiento térmico con láser es una tecnología de tratamiento térmico de superficies que utiliza láseres para calentar materiales metálicos para obtener las propiedades superficiales deseadas. El láser se dirige a la superficie del metal y, si se supera el reflejo, la mayor parte de la energía del láser penetra en la superficie del metal y es absorbida.
Esto hace que los electrones del metal se exciten y colisionen con la red u otros electrones, transfiriendo rápidamente calor desde la superficie del metal a su interior. Esto da como resultado una alta velocidad de enfriamiento, lo que a su vez conduce al endurecimiento de la superficie.
El calentamiento por láser tiene una alta densidad de potencia, lo que significa que una gran cantidad de energía se concentra en un área pequeña de la pieza de trabajo. Esta alta densidad de potencia permite que la pieza alcance rápidamente la temperatura de austenitización en el área irradiada por el láser.
Sin embargo, debido al calentamiento rápido, el calor no se puede transferir desde la pieza mediante conducción y disipación de calor a tiempo. Una vez finalizado el calentamiento por láser, la temperatura en la mayor parte de la pieza permanece baja.
Esto permite que el área calentada se enfríe rápidamente mediante la conducción de calor dentro de la propia pieza, lo que da como resultado los efectos deseados del tratamiento térmico, como el fuego flotante.
Diagrama esquemático de extinción por láser
Tecnología de revestimiento láser
2. Ventajas y desventajas del tratamiento térmico con láser.
El tratamiento térmico con láser es un método para modificar las propiedades superficiales de los metales utilizando rayos láser de alta densidad de potencia. Puede inducir el endurecimiento mediante transformación de fases (como fuego flotante en la superficie), aleación de la superficie y otras modificaciones de la superficie, lo que da como resultado cambios en la composición, estructura y propiedades de la superficie que no se pueden lograr por otros medios.
Mediante el tratamiento térmico con láser, la dureza de la superficie del hierro fundido puede alcanzar más de 60 grados de dureza Rockwell (HRC), y la dureza de la superficie del acero con medio y alto contenido de carbono puede superar los 70 grados HRC, mejorando así su desgaste, fatiga, corrosión y oxidación. resistencia y otras propiedades, y alargando su vida útil.
En comparación con los procesos de tratamiento térmico tradicionales, como el enfriamiento de alta frecuencia, la carburación y la nitruración, el tratamiento térmico con láser tiene varias ventajas:
- No se necesitan materiales adicionales, sólo se cambia la estructura de la superficie del material tratado.
- La capa modificada tratada es lo suficientemente gruesa y se puede ajustar a una profundidad de 0,1 a 0,8 mm según sea necesario.
- Deformación mínima de la pieza procesada.
La alta densidad de potencia del láser y el corto tiempo de interacción con la pieza (10^-2 a 10 segundos) dan como resultado una deformación térmica mínima y un cambio general de la pieza, lo que lo hace adecuado para procesar piezas de alta precisión como procedimiento de procesamiento final de materiales y piezas.
- Buena flexibilidad de procesamiento y amplia aplicación.
El sistema de guía de luz flexible puede dirigir el láser a la pieza de procesamiento según se desee, lo que permite el procesamiento de orificios profundos, orificios internos, orificios ciegos y ranuras. También se puede realizar un procesamiento local selectivo.
Para el escaneo de áreas grandes, se deben utilizar múltiples técnicas de superposición, tecnología de puntos de áreas grandes, métodos de desenfoque, métodos de banda ancha o métodos de espejo giratorio porque el área del punto láser es pequeña.
Cuando se lapean varias veces, la microdureza fluctúa en el área entre cada banda de escaneo adyacente y se observa un cambio macroperiódico en el rendimiento en el recubrimiento lapeado desde un punto de vista metalográfico.
Cuando se utiliza tecnología de puntos de área grande, las áreas de puntos más grandes dan como resultado densidades de potencia más bajas cuando la potencia de salida es constante. El aumento del diámetro del haz puede debilitar las ventajas de alta densidad de energía y calentamiento rápido del láser.
3. Aplicación del tratamiento térmico con láser.
El tratamiento térmico con láser se puede aplicar a casi todos los tratamientos térmicos de superficies metálicas. Actualmente, se utiliza ampliamente en industrias con alto desgaste, como la automovilística, la metalurgia, el petróleo, la maquinaria pesada, la maquinaria agrícola y productos de alta tecnología como la aeroespacial y la aviación.
1. Industria del automóvil
El tratamiento térmico con láser se utiliza ampliamente en la industria del automóvil y se puede aplicar a muchas partes importantes de un vehículo, como bloques de cilindros, camisas de cilindros y cigüeñales.
Por ejemplo, General Motors en Estados Unidos utiliza más de una docena de láseres de nivel de kilovatios para el tratamiento térmico en la industria automotriz. En las principales piezas de automóviles, los láseres de CO2 endurecen parcialmente la pared interior de la carcasa del interruptor, con una producción diaria de 30.000 juegos, lo que da como resultado una mejora cuatro veces mayor en la eficiencia del trabajo.
2. Fabricación de grandes locomotoras
El tratamiento térmico con láser se ha adoptado en la industria de fabricación de grandes locomotoras, lo que mejora la vida útil de las locomotoras. Esto incluye el tratamiento térmico con láser de grandes cigüeñales y camisas de cilindros y resortes principales de motores de locomotoras diésel.
El proceso de fabricación de moldes en esta industria es complejo y requiere alta precisión, con diferentes formas y amplias aplicaciones. Sin embargo, la corta vida útil de los moldes a menudo genera mayores costos y dificultades en la reparación.
Para resolver estos problemas, el tratamiento térmico con láser de las superficies de los moldes está ganando gradualmente reconocimiento y adopción. Este método puede duplicar la vida útil del molde sin estar limitado por la forma o el tamaño.
La tecnología de tratamiento de superficies con láser cubre varias técnicas, que incluyen: transformación de fase con láser, revestimiento con láser, aleación con láser y tratamiento de superficies compuestas con láser.
1. Enfriamiento de superficies con láser
(1) Principio de enfriamiento de la superficie por láser
En el endurecimiento de superficies por láser, se utiliza un láser para calentar la superficie de un material metálico a una temperatura superior a su punto de transformación. A medida que el material se enfría, se transforma de austenita a martensita, lo que endurece la superficie. Esto da como resultado una capa de tensión de compresión, que mejora la resistencia a la fatiga de la superficie. Mediante el uso de este proceso, se puede mejorar enormemente la resistencia al desgaste y a la fatiga de los materiales.
(2) Características del enfriamiento de superficies con láser.
Investigaciones recientes han demostrado que aplicar enfriamiento superficial con láser mientras la pieza está bajo presión y eliminar la fuerza externa después del enfriamiento puede aumentar la tensión de compresión residual y mejorar la resistencia a la compresión y a la fatiga de la pieza.
Además, la rápida velocidad de enfriamiento de la superficie del láser da como resultado una menor transferencia de calor al material, lo que reduce la deformación térmica entre 1/3 y 1/10 en comparación con el enfriamiento de alta frecuencia. Esto reduce la carga de trabajo de operaciones posteriores y reduce los costos de fabricación.
El proceso es de autoenfriamiento, lo que lo convierte en un método de tratamiento térmico limpio e higiénico. También es conveniente realizar el procesamiento de compuestos con el mismo sistema de procesamiento láser. Esto permite la producción automática integrando directamente la oferta y la demanda de endurecimiento por láser en la línea de producción.
La naturaleza sin contacto del proceso lo hace ideal para endurecer superficies en ranuras estrechas y superficies inferiores.
(3) Aplicación de endurecimiento de superficies con láser
El endurecimiento de superficies por láser se utiliza ampliamente debido a sus numerosas ventajas. Puede aumentar la resistencia al desgaste de los bloques de cilindros del motor en más de tres veces, duplicar la vida útil de los bordes cortantes en las máquinas cortadoras de placas de acero laminadas en caliente y se utiliza para templar los rieles guía de las máquinas herramienta, las superficies de los dientes de los engranajes y la manivela del cigüeñal del motor. cuellos y levas, y varios filos de corte de herramientas.
