Laser Cladding/az
1960-cı illərdə ilk işləyən lazerin istehsalından bəri material mühəndisləri müxtəlif problemlərin öhdəsindən gəlmək üçün emalda lazerlərdən necə istifadə ediləcəyinə çox diqqət yetirdilər. Lazerlər səthi örtmə sənayesinə 1970-ci illərin sonlarında təqdim edildi, lakin lazer örtüklərinin bahalı olması səbəbindən ənənəvi üsullara üstünlük verildi. [1] Bununla belə, daha ucuz lazer mənbələrinin və lazerlər üçün yeni kəşf edilmiş tətbiqlərin tətbiqi ilə lazer örtükləri yenidən üzə çıxmağa başladı.
İçindəkilər
Lazer örtük nədir?
Lazer örtüyü, substratı istədiyiniz metal və ya keramika materialının təbəqəsi ilə örtmək üçün lazerlərin istifadəsini və qidalanma mexanizmini özündə birləşdirən səth örtüyünün bir formasıdır. Lazer metalı əridir və hərəkət edən substratı incə təbəqə ilə örtür. Lazer enerjisinin bir hissəsini substrata ötürərkən, yem metalı tamamilə əriyir. Bu, substrat və örtük arasında güclü metallurgiya əlaqəsi yaratmağa imkan verir. Üzlük qalınlığı bir yolda 0,05 mm-dən 2 mm-ə qədər dəyişə bilər, beləliklə hissənin dəqiqliyinə böyük nəzarət etməyə imkan verir. [1]
Qidalanma Mexanizmləri
Metalın substrata çatdırılmasının 3 ümumi üsulu var.
- Əvvəlcədən yerləşdirilmiş toz
- Tel yemi
- Toz enjeksiyonu
Hazırlanmış toz
Metalın çatdırılmasının ilk üsulu kifayət qədər sadə və aydın bir texnikadır. Bu, iki mərhələli lazer üzlük proseduru hesab olunur. [1] Birinci mərhələ substratın əvvəlcədən yerləşdirilmiş tozla örtülməsindən ibarətdir: lazer şüası öz enerjisini toz halında olan metala ötürür və tozu mayeləşdirir. İkinci mərhələ, maye örtüyünün substrata istilik köçürməsidir; bu anda örtük bərkiməyə başlayır. Qismən bərkimiş örtükdən və lazerdən gələn enerji substratı qismən əritməyə davam edir və örtüklə səth arasında metallurgiya əlaqəsini təmin edir.
Bu üsul artıq bir neçə problemə görə lazer üzlük üçün toz çökdürmə üsulu deyil. Tozu mürəkkəb həndəsi formada yerləşdirmək çətindir və tozun çökdürülməsinin digər iki üsulundan daha çox vaxt aparır. [2] Əvvəlcədən yerləşdirilmiş toz metodunun başqa bir dezavantajı metodun çox mərhələli olmasıdır.
Tel yemi
Qapaqlı çatdırılmanın ikinci üsulu bir tel yemidir. Tel nağaradan lazerə verilir. Bu, örtük prosesində naqillə qidalanmanın qarşılaşdığı bir sıra problemlərdən birincisidir. Naqil baraban hər hansı plastik deformasiya ilə bağlı problemlərin qarşısını almaq üçün kifayət qədər böyük olmalıdır, həmçinin hamar qidalanma üçün substratın hərəkətinə uyğun olmalıdır. [3] Telin qidalanmasını əhatə edən ən böyük məsələ ərimiş telin telin ucunda necə hərəkət etməsidir. Ərinmiş metal substratda yaxşı axmır və bu, örtükün substratdayüksək dərəcədə seyreltilməsinə gətirib çıxarır.
Toz enjeksiyonu
Kaplama materialının üçüncü üsulu toz metal prinsipinə qayıdır, lakin toz şüanın yoluna vurulur. Toz, örtük materialının şüa yoluna üfürülməsinə imkan verən təsirsiz bir qazdan istifadə edərək boru vasitəsilə aparılır. Üflənmiş toz metal hissəcikləri şüa ilə qismən əridilir. Lazer substratın səthində toz metalı tam əridən kiçik bir ərimə hovuzu yaradır. [4] Yaradılan ərimə hovuzu tək səviyyəli örtüyə uyğundur. Bu, minimum seyreltmə dərəcəsi ilə substrat və örtük arasında güclü metallurgiya bağı yaradır. [3]
Qapaqlı çatdırılma sistemində iki fərqli yanaşma var. Birinci üsul onlayn hesab olunur və toz metal koaksial sistemin istifadəsi ilə substrata çatdırılır . Lazerin birbaşa lazerə bərkidilmiş toz qidalanma xətti var və lazerlə eyni yolla hərəkət edir. Bu, substratın hərəkətinin bütün şərtlərdə substratın istiqamətləndirici yoluna dik olması deməkdir. Bu, koaksial qidalanma sisteminə substratın hərəkətindən müstəqil olmaq və bütün istiqamətlərdə bərabər səth örtükləri istehsal etmək qabiliyyətini təmin edir. [4]
Onlayn üsula alternativ oflayn üsul və ya yanal inyeksiya üsuludur. Yanal enjeksiyon metodu lazerin yan tərəfində qidalanma başlığı mövqeyinə malikdir. Bununla belə, yanal qidalanma nozzinin mövqeyi örtülmüş konsentrasiyaya təsir göstərir. Yanal qidalanma başlığı substratın hərəkət etdiyi istiqamətdə yerləşdirilirsə, örtük daha səmərəli olur, çünki toz ərimə hovuzu ilə substrat arasında tutulur. Bu, həndəsi formaya görə qidalanma başlığının mövqelərini dəyişdirməsi tələb olunarsa, səth örtüyünün xüsusiyyətlərinə təsir edəcəkdir. [1]
Optimallaşdırma
Qarışıq Qidalanma Sistemləri
Lazer örtüyünün inkişafından bəri, örtük materialı əvvəlki bölmədə qeyd olunan üç üsuldan biri ilə qidalanır. Məlum olub ki, lazerlə örtülməklə səth örtüyü ilə bağlı iki problem yaranır: səthin zəif işləməsi və çökmə səmərəliliyi. Çöküntünün səmərəliliyi örtülmüş çöküntünün çəkisinin püskürtülən örtüyün çəkisinə nisbətidir.
Toz enjeksiyon üsulu bu gün istifadə edilən ən məşhur qidalanma sistemi olsa da, bir sıra üstünlüklərə malik olduğu üçün tel ilə qidalanmaya hələ də maraq var. Nümunə yanal toz enjeksiyonu ilə örtüldükdə, nümunənin səthi pürüzlülüyü (Ra) 70 ilə 90 um arasındadır, məftillə ötürülən nümunədə isə 30% aşağı olan Ra var. [5] Məftil ötürmə sistemi həmçinin çökmə səmərəliliyi məsələsini də aradan qaldırır, çünki ərimə hovuzunda sıxışa bilməməsi səbəbindən heç bir hissəcik itirilmir.
Naqil ötürmə metodu ilə bağlı problem, uyğun qidalanma bucaqları diapazonu ilə bərk səth örtüyü istehsal edə bilməməkdir. Besleme telinin qidalanma bucağı 20 – 60° ideal diapazonlar arasında deyilsə, örtük fasiləsizdir və boşluqların olması səbəbindən səthi örtmək üçün uyğun deyil. [5] Müstəqil koaksial başlığın səmərəliliyini yuxarıda qeyd olunan birləşmiş qidalanma sistemi ilə müqayisə etmək üçün tədqiqat aparıldı. Yem sisteminin yeganə mexanizmi koaksial toz enjeksiyonu olduqda, çökmə 1100 kVt lazer üçün 27%-dən 1500 kVt lazer üçün 33%-ə qədər dəyişdi. [6]
Koaksial toz enjeksiyonundan yanal ötürmə tel sistemi ilə birlikdə istifadə edərək, lazerlə örtülmə prosesində təkmilləşdirmələr aparılmışdır. Bu iki üsul sistemin səmərəliliyini artırmaq üçün eyni ərimə hovuzuna kömək edir. Telin ötürülməsi səbəbindən daha böyük və davamlı ərimə hovuzu olduğundan, toz spreyi üçün çökmə səmərəliliyi artır. Toz spreyinin çökmə səmərəliliyi 47%-ə yüksəldi. [6] Bu tədqiqatda lazerin effektivliyi artırıldı, çünki naqildən müstəqil istifadə edildikdə lazerin enerjisinin böyük bir hissəsinin əks olunduğu və israf edildiyi qeyd edildi. Toz spreyi maneə rolunu oynadığından və şüa qidalanma naqilinə çatmazdan əvvəl şüanın bir hissəsini udduğundan, telin sərfi üçün daha az enerji var idi. [6]
Qarışıq üsulla örtünün ümumi keyfiyyəti yaxşılaşdırıla bilər. Toz və məftil bir-birindən asılı olaraq istifadə edildikdə, nümunənin məsaməliliyi təxminən 25% yaxşılaşır. Üzlük üçün başqa bir təkmilləşdirmə səthin pürüzlülüyünün azalmasıdır . Səthin bitməsi aa Ra dəyərinin 47-yə enir, beləliklə hissənin səthini və ölçü dəqiqliyini yaxşılaşdırır. Ən aktual nəzəriyyə məsaməlilik və səthin işlənməsini prosesin lazer səmərəliliyi ilə əlaqələndirir, daha hamar və daha sakit ərimə hovuzu axını yaratmaq üçün lazerdən daha çox enerji ərimə hovuzu tərəfindən udulur. [6]
İnteqrasiya edilmiş sensorlarla örtülmə başlığı
Koaksial nozzle ilə lazer örtüyünə təsir edən ciddi problem müxtəlif lazer komponentlərinin çirklənməsi və çirklənməsidir. Qoruyucu şüşə, dikromatik linzalar və fokus linzaları geri püskürtmə səbəbindən çirklənə bilər. Bu, lazerin effektivliyini azaldır, çünki şüanın enerjisi toz spreyinə ötürülmək əvəzinə lazer komponentləri tərəfindən udulur. Enerji toz halına gəlməzdən əvvəl udulduğundan, lazer üzlük sistemi qeyri-homogen olan keyfiyyətsiz örtük istehsal etməyə başlayır. Bu nəticələr göründükdə, lazer örtüyünün termal və ya plazma spreyi kimi digər üzlük üsulları üzərində istifadə edilməsinin mənası yoxdur , çünki lazer örtük yüksək keyfiyyətli homojen örtük istehsal etmir. [1]
Lazer üzlük üçün yeni bir yanaşma həyata keçirildi. Üzlük başlığına müxtəlif sensorların quraşdırılması sistemin səmərəliliyini artıra bilər, çünki bu, üzlük başlığının ayrı-ayrı hissələri üçün şəraitin real vaxt rejimində monitorinqinə imkan verir. Bir sıra istilik sensorları, fotodiodlar və kameralar səthin yaxşılaşdırılmasına və hissənin ümumi xalis dəqiqliyinə töhfə verə bilər. [7]
Qoruyucu və dikromatik linzaların artan temperaturunu izləmək üçün istilik sensorlarının istifadəsi linzaların çirklənməsini və çirklənməsini müəyyən etmək üçün istifadə edilə bilər. Lens çirkləndikdə, lazer enerjisinin daha az hissəsi toz spreyinə çatır və əvəzinə toz spreyi tərəfindən udulur. Qoruyucu lens çirklənə bilər, çünki toz spreyindəki qoruyucu təsirsiz qaz istehsal zamanı linzadakı hissəcikləri üfürə bilmir. [7]
Lazer və substrat arasındakı təmas nöqtəsinin real vaxt rejimində görünməsinə imkan vermək üçün örtük başlığına perpendikulyar quraşdırılaraq, yüklə əlaqəli cihaz (CCD) örtük prosesinə daxil ediləbilər .
Müəyyən edilmişdir ki, ərimə hovuzuna örtülmüş başın hündürlüyü çox təsir edir, çünki şüa ölçüsü fokus nöqtəsindən çox dəyişir. Enerjinin lazer şüası paylanması şüanın enerjisinin konsentrasiyasının təyin oluna biləcəyi (1) tənliyində Qauss paylanması kimi modelləşdirilə bilər.
- g Qauss paylanmasının pik qiymətidir
- h - nozzin substrata olan hündürlüyü
- ø toz spreyinin yarım bucağıdır
Başlığın hündürlüyü fokus nöqtəsindən kənara düşdükcə şüa ölçüsü azalır və sistemin çökmə səmərəliliyini azaldan ərimə hovuzu yaradır. Substratın hündürlüyü lazerin fokus nöqtəsini keçdikdə artdıqca, lazer şüasının eninin artması enerji sərf etməyə başlayır. Şüanın Gauss paylanma xüsusiyyətinə görə, şüanın konsentrasiyası çox artdıqca azalır. Nozzle və substrat arasındakı hündürlük fərqini izləmək üçün CCD-nin birləşdirilməsi vasitəsilə toz spreyinin udulması üçün ideal bir tənzimləmə yaratmaq üçün ərimə hovuzunun ölçüsünü izləmək və nəzarət etmək mümkündür. [7]
Substrat bucaq altındadırsa, nozzin yerləşdirilməsi üçün müxtəlif problemlər yaranır. (2) və (3) tənliklərindən göründüyü kimi örtünün paylanması bucaqdan asılı olaraq dəyişir. Bərabər paylanmış örtüyü təmin etmək üçün başlığın substrata olan bucağı substrata perpendikulyar qalmalıdır.
- ø substrat və üfüq arasındakı bucaqdır
CCD indi həm üfüqə nisbətən substratın bucağını, həm də maili substrata olan burun bucağını izləmək üçün istifadə edilə bilər. Bu, örtüyün konsentrasiyasının meylli səth boyunca bərabər paylanmasına imkan verir, eyni zamanda, lazer şüasının eninin uyğun bir ərimə hovuzu yaratmaq üçün ideal olmasını təmin etmək üçün ucluğun substrata hündürlüyünü izləməyə imkan verir. [7]
Real vaxt rejimində monitorinq və inteqrasiya edilmiş sensorlardan istifadə etmədən hissənin səthi kobud və keyfiyyətsiz olur və ölçü dəqiqliyi əldə edilə bilər. Sensorların inteqrasiyası vasitəsilə, hazır hissədə hər hansı bir qüsurun görünməsinin qarşısını almaq üçün örtük prosesi istehsal zamanı tənzimlənə bilər.
İstinadlar
- ↑Yuxarı atlayın:1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 Korbin, Stiven, Əmir Xacepur və Ehsan Toyserkani. Lazer üzlük. Boca Raton: CRC, 2004. Çap.
- ↑ de Oliveira, U., V. Ocelik´k və J.Th.M. De Hosson. "Koaksial Lazer Kaplama Emalı Şərtlərinin Təhlili". Səth və örtük texnologiyası 195 (2004): 127-136. Çap et.
- ↑Yuxarı atlayın:3.0 3.1 İon, Con. Mühəndislik Materiallarının Lazer Emalı: Prinsiplər, Prosedur və Sənaye Tətbiqi. Louis: Butterworth-Heinemann, 2005. Çap.
- ↑Yuxarı atlayın:4.0 4.1 Partlar, Knut. "Yüksək sürətli lazer örtükdə tutma səmərəliliyinin analitik modeli." Səth və örtük texnologiyası 204 (2009): 366-371. Çap et.
- ↑Yuxarı atlayın:5.0 5.1 Ul Haq Syed, Waheed, Andrew J. Pinkerton və Lin Li. "Tellə qidalanma və tozla qidalanmanın müqayisəli tədqiqi." Tətbiqi Səthi Elm 247 (2005): 268 - 276. Çap.
- ↑Yuxarı atlayın:6.0 6.1 6.2 6.3 Ul Haq Syed, Waheed, Andrew J. Pinkerton, and Lin Li. "Sürətli prototipləmə üçün lazerlə birbaşa metal çökdürülməsində məftil və koaksial toz qidalanmanın birləşdirilməsi." Tətbiqi Səthi Elm 252 (2006): 4803 - 4808. Çap.
- ↑Yuxarı atlayın:7,0 7,1 7,2 7,3 Liua, Jichang və Lijun Lia. "Ölçü dəqiqliyini və səthi yaxşılaşdırmaq üçün lazer örtük istehsal prosesində hərəkətin vaxtında tənzimlənməsi (formalanmış hissənin nişləri." Optik; Lazer Texnologiyası 36 (2004): 477 - 384.
