Lazerio šoko pevening: Paviršiaus stiprinimo technologijos naujovė nuo laboratorijos iki pramoninės vietos
Lazerio šoko „Peening Technology“, novatoriškas procesas, žinomas kaip „Medžiagos paviršiaus stiprinimo revoliucija“, tyliai pertvarko aukštą - pabaigos gamybos kraštovaizdį. Nuo pirmojo žvilgsnio į aliuminio lydinio mikrostruktūros keitimą Amerikos laboratorijoje iki pramoninės praktikos - „Boeing 777“ ašmenų apdorojimo; Nuo pirmosios nepertraukiamo impulsų gamybos linijos Kinijoje gimimo iki integruoto ašmenų disko stiprinimo sistemos proveržio, joje naudojamas momentinis aukšto - įtampos plazmos sprogimas, kad būtų galima drožti anti - nuovargį "apsauginį skydą" ant metalo paviršiaus.
Kai nanosekundės lazerio pluoštas susiduria su metalu, energijos absorbcijos sluoksnio garinimas ir išgarinimas yra tarsi mikro sprogimas, sukeliantis ypač - aukšto slėgio šoko bangas, audžiant tankų liekanos gniuždomojo įtempio tinklą medžiagoje. Apribojimų sluoksnio pasirinkimas yra tarsi pritaikymas - stiklo ir pramoninio vandens srauto pritaikymo, juodų dažų lankstumo, tačiau sunkiai pašalinamas, o aliuminio folijos patogumas tampa pirmuoju pasirinkimu. Skaitmeninio modeliavimo srityje aiškių ir netiesioginių algoritmų susipynimas ir vidinio deformacijos modelio naujovės verčia proceso optimizavimą pereiti nuo „bandymo ir klaidos“ prie „tikslaus skaičiavimo“.
Tai ne tik technologijos raida, bet ir gamybos pramonės deklaracija siekiant „užginčyti ribą“: kaip orlaivio variklio „širdis“ gali atlaikyti dešimtis tūkstančių smūgių? Kaip branduolinio reaktoriaus suvirinimas gali atlaikyti dešimtmečių slėgį? Ar biologiniai implantai gali rasti pusiausvyrą tarp kietumo ir skilimo? Lazerio šoko peening naudoja fotonų galią rašyti atsakymus į šias sunkias problemas.
„Laser Shock Peening“ technologija, dar žinoma kaip „Laser Shot Peening“, yra nauja, efektyvi ir greitai besivystanti paviršiaus modifikavimo technologija. Palyginti su tradicine mechanine šūvio peening technologija, ji gali sudaryti gilesnį liekamąjį gniuždomojo įtempio sluoksnį ant ruošinio paviršiaus ir turi stipriai kontroliuojamumą ir gerą pritaikomumą ir gali sutvarkyti sunkų - į -} rankenų dalis. Šiuo metu ši technologija buvo plačiai naudojama nuovargyje - atsparioje gamyboje, tokioje kaip orlaivių variklio ašmenys, pavaros ir atominės elektrinės slėgio suvirinimai. Toliau mažėjant lazerinės įrangos kainoms, bus plačiau naudojama lazerio šoko peening technologija.
Inžinerijoje plačiai naudojama lazerinio šoko technologija.
1972 m. Jungtinės Valstijos naudojo aukštas - galios lazeris - sukeltas šoko bangas, kad galėtų gydyti aukštą - stiprumo aliuminio lydinius pirmą kartą ir nustatė, kad jo paviršiaus mikrostruktūra pasikeitė, o tempimo stiprumas padidėjo daugiau nei 30%, o tai atvėrė „Prelude to Laser“ smogimo tyrimus. Devintojo dešimtmečio pabaigoje šalys ir regionai, tokie kaip Europa, Japonija ir Izraelis, atliko tyrimus apie lazerio šoko peening technologijas.
1995 m. JAV buvo įkurta pirmoji pasaulyje lazerinio šoko apdorojimo technologijų įmonė. 1997 m. „General Motors“ naudojo lazerinio šoko apdorojimo technologiją, kad apdorotų orlaivio variklio ventiliatorių ašmenis, labai pagerindami jų toleranciją užsienio objektų pažeidimui. 2001 m. „American Laser Shock“ apdorojimo technologijos įmonė atliko lazerinį šoką daugiau nei 800 ritinių variklių - Royce. 2004 m. Bendrovė bendradarbiavo su JAV oro pajėgų laboratorija, norėdama atlikti pažeistų variklių titano lydinio ašmenis lazeriu, f/A {- 22, o jo nuovargio stiprumas buvo dvigubas. Tais pačiais metais JAV oficialiai paskelbė lazerio šoko apdorojimo specifikaciją, o ši technologija buvo pritaikyta „Boeing 777“ peiliukų apdorojimui. 2012 m. JAV sėkmingai sukūrė mobilią lazerinio šoko apdorojimo įrangą, kuri galėtų patekti į pramonės vietą, kad teiktų realaus laiko paslaugas. 2002 m. Japonijos „Toshiba“ korporacija naudojo mažus lazerius, kad apdorotų suvirinimą, pavyzdžiui, branduolinio reaktoriaus slėgio indus ir vamzdžių jungtis, kad pagerintų dalių nuovargį.
Užsienio tyrinėtojai taip pat naudojo lazerinio šoko apdorojimo technologiją, kad sustiprintų biomedicininius metalus ir lydinius, pagerintų nuolatinių implantų kietumą, stiprumą ir nuovargio tarnavimo laiką ir sumažintų skaidomų implantų, tokių kaip kalcis - magnio lydinių, skaidymo greitis.
Dešimtajame dešimtmetyje prasidėjo vietinių lazerinių šoko apdorojimo technologijos tyrimai, daugiausia dėmesio skiriant eksperimentinių tyrimų serijai ir susijusioms teorinėms diskusijoms apie aliuminio lydinius ir plienus. Nuo 1992 m. Nanjingo aeronautikos ir astronautikos universitetas bendradarbiavo su Kinijos mokslo ir technologijos universitetu, siekdamas atlikti lazerio šoko stiprinimo ir nuovargio atsparumo aviacijos struktūrinių dalių gamybą. 1995 m. Kinijoje sėkmingai buvo sukurtas pirmasis lazerio šoko stiprinimo įtaisas, skirtas vieno lazerinio šoko eksperimentui Kinijoje. 2008 m. Oro pajėgų inžinerijos universitetas kartu su „Xi'an Optoelectronic Technology Development Co., Ltd.“ ir Pekine Leibao „Optoelectronic Technology Co., Ltd.“ sėkmingai sukūrė mano pirmąją nuolatinį mano šalies nuolatinį pulso lazerio šoko stiprinimo gamybos liniją. 2011 m. Pirmasis mano šalies „Integal Blade Laser Shock“ stiprinančios sistemos įrangos rinkinys buvo sėkmingai sukurtas Shenyango automatikos institute, Kinijos mokslų akademijoje, ir pristatoma naudoti „Shenyang Liming Engine Co., Ltd.“.
Lazerio šoko mechanizmas ir įtaka veiksniai
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) plazmos sluoksnis. Lazerio smūgio peening naudoja stiprią smūgio bangą, sklindančią į medžiagą, kurią sukelia smūgiavimo apkrova, kurią taikiniui taiko aukštas - slėgio plazmos sluoksnis.
Šiuo metu naudojamos suvaržytos sluoksnio medžiagos yra K9 optinio stiklo, organinio stiklo ir vandens srauto sluoksnis. Stiklinė medžiaga suvaržytas sluoksnis turi geriausią poveikį, tačiau turi prastą pritaikomumą ir sulaužys, o tai tinka tik gydant pavieniu lazeriu. Paprastai vandens srauto sluoksnis naudojamas kaip suvaržytas sluoksnis atliekant lazerio šoko bandymus ir pramoninius pritaikymus. Tai turi stiprų pritaikomumą, mažą kainą, lengvą veikimą ir nereikia pakeisti. Išskyrus nedaug lazerinio šoko apdorojimo procesų, kurie nenaudoja energijos absorbcijos sluoksnių, daugumai jų reikia energijos absorbcijos sluoksnių. Paprastai naudojami energijos absorbcijos sluoksniai daugiausia yra medžiagos su mažu garinimo šiluma, pavyzdžiui, juodais dažais, aliuminio folija ir juoda juosta. Juodi dažai yra tinkamai pritaikyti ir gali būti naudojami lazeriniam šoko apdorojimui grioveliams, mažoms skylutėms ir kt., Tačiau jį pašalinti nėra lengva, kai bus baigtas šokas, todėl aliuminio folija ir juoda juosta paprastai naudojama kaip energijos absorbcijos sluoksniai.
Yra daugybė veiksnių, turinčių įtakos lazerinio šoko poveikiui, daugiausia medžiagų savybėms, suvaržymo sluoksniui, energijos absorbcijos sluoksniui, lazerio šoko parametrams ir kt. Jei lazerio galios tankis nesikeičia, tuo ilgesnis lazerio impulsų plotis, tuo ilgesnis laikas lazerio šoko bangos veikia ant medžiagos ir geresnis lazerio šoko gydymo poveikis. Tačiau jei lazerio impulsų plotis yra per didelis, labai lengva sukelti poveikio medžiagos paviršiaus nudegimus. Tik pasirenkant pagrįstą apribojimo sluoksnį, energijos absorbcijos sluoksnį ir lazerio smūgio parametrus pagal medžiagų savybes gali būti pasiektas geriau sustiprinti efektą.
Skaitmeninis lazerio šoko peening Skaitmeninis modeliavimas padeda gauti optimalius konkrečių programų proceso parametrus ir pamažu tampa svarbia priemonė tiriant lazerinio šoko peveną. Vietiniai ir užsienio mokslininkai atliko daug tyrimų, kaip modeliuoti ir optimizuoti lazerinį šoką. Šiuo metu pramonė padarė didelę pažangą atliekant aiškią dinaminę analizę + numanomą statinės analizės lazerinį šoką Peening Skaitmeninio modeliavimo metodą ir lazerio šoko peening skaitinio modeliavimo metodą, pagrįstą vidiniu įtempiu.
Kai aukštas - slėgio plazmos sluoksnis daro įtaką tikslinei medžiagai, medžiaga smūgio srityje patiria didelę deformacijos greičio plastinės deformaciją, o struktūrinis atsakas labai greitai keičiasi, o tai yra labai netiesinė aukšta - greičio dinaminė problema. Jei netiesioginis baigtinių elementų algoritmas naudojamas tokio tipo problemoms išspręsti, tam reikia ne tik daug skaičiavimo ir saugojimo, bet ir jam sunku apskaičiuoti. Norint išspręsti įtempių bangas, kurias sukelia poveikis plazmoje, būtina naudoti aiškų baigtinių elementų analizės metodą. Visų pirma, išsamus aiškių ir netiesioginių baigtinių elementų analizės metodų naudojimas, norint atlikti skaitmeninį dinaminio atsako proceso modeliavimą, veikiant smūgio bangai, palankiai vertina gauti tikslius liekamojo streso lauko prognozavimo rezultatus.
Kai norint modeliuoti daugiafunkcinį - taško sutapimą dideliame plote, naudojamas singlas - taškinis lazerio liekamojo įtempio apskaičiavimas ir superpozicijos metodas, bendras skaičiavimo kiekis dažnai būna didžiulis, o bandinio liekaninio įtempio lauke dažnai reikia daug laiko. Be to, dėl didelės ruošinio geometrijos įtakos liekamojo įtempio laukui, sunku tiksliai imituoti daugialypės - liekamojo įtempio lauką realiųjų komponentų sukietėję realūs komponentai su sudėtingais lenktais paviršiais, naudojant įtempių superpozicijos metodą.
Siekdami veiksmingai išspręsti šias dvi problemas, kai kurie tyrėjai sukūrė skaitinį modelį, pagrįstą vidiniu deformacija, kad imituotų liekamojo streso lauką lazerinio šoko sukietėjimui. Šis modelis daro prielaidą, kad vidinis lazerio šoko suformuotas deformacija komponento paviršiuje yra nejautrus komponento geometrijai. Modeliavimo procese daugiausia dėmesio skiriama plastikinei deformacijai, kurią sukelia lazerio šokas. Didelio - ploto deformacijos laukas Multi - taškinis komponento lazerio šokas gaunamas superpozicijoje, o galutinis liekamojo įtempio laukas ir plastinė deformacija yra naudojamas termoelastinis modelis.
Pastaraisiais metais atitinkami mokslininkai namuose ir užsienyje panaudojo šį modelį skaitmeniniam skirtingų sudėtingų komponentų lazerio šoko liekamųjų streso laukų modeliavimui. Šio vidinio deformacijos modelio skaičiavimo efektyvumas yra labai pagerintas, palyginti su tradiciniu modeliu, ir nustatytas modelis gali veiksmingai numatyti liekamojo streso lauką, kurį sukelia lazerio šokas.
