Laseršokkide peen: pinna tugevdamise tehnoloogia innovatsioon laborist tööstuskohta
Laseršokkide peenetehnoloogia, uuenduslik protsess, mida nimetatakse "materiaalse pinna tugevdava revolutsioonina", on vaikselt ümber kujundamas kõrge - lõppharimise maastikku. Alates esimesest pilgust muutmise alumiiniumisulami mikrostruktuuri muutmisest Ameerika laboris Boeing 777 tera töötlemise tööstuspraktikale; Alates Hiinas toimuva esimese pideva impulsi tootmisliini sünnist kuni integreeritud tera ketta tugevdamise süsteemi läbimurreni kasutab see ant -i - väsimuskildi nikerdamiseks metalli pinnal oleva kõrge - pingeplasma hetkelist lõhkemist.
Kui nanosekundi laserkiir põrkub metalliga, on energia neeldumiskihi aurustumine ja aurustumine nagu mikroplahvatus, mis põhjustab ülikerge - kõrgsurvelaineid, kududes materjali sees oleva tiheda jääkpingega võrku. Piirangukihi valik on nagu - klaasi lõplik mõju ja veevoolu tööstuslik kohandamine, musta värvi paindlikkus, kuid raskesti eemaldatav ning alumiiniumfooliumi mugavus muutub esmakordseks. Numbrilise simulatsiooni valdkonnas muudavad selgesõnaliste ja kaudsete algoritmide põimimine ning sisemise tüvemudeli uuendus protsessi optimeerimise liikumise "katsest ja veast" "täpseks arvutamiseks".
See pole mitte ainult tehnoloogia areng, vaid ka töötleva tööstuse deklaratsioon, et "vaidlustada limiit": kuidas saab lennukimootori "süda" taluda kümneid tuhandeid mõjusid? Kuidas saab tuumareaktori keevisõmblus vastu pidada aastakümnete pikkusele survele? Kas bioloogilised implantaadid võivad leida tasakaalu sitkuse ja lagunemise vahel? Laseršoki peen kasutab footonite võimsust vastuste kirjutamiseks nendele rasketele probleemidele.
Laseršokkide peenetehnoloogia, mida tuntakse ka kui laserlapse peening, on uus, tõhus ja kiiresti arenev pinna modifitseerimise tehnoloogia. Võrreldes traditsioonilise mehaanilise löögipeeningu tehnoloogiaga, võib see moodustada tooriku pinnale sügavama survepinge kihi ning sellel on tugev juhitavus ja hea kohanemisvõime ning saab hakkama keerulise - -ga - käepidemega. Praegu on seda tehnoloogiat laialdaselt kasutatud väsimuses - resistentses tootmises, näiteks õhusõidukite mootoriterad, käigud ja tuumaelektrijaamade rõhu keevisõmblused. Laserseadmete hinna edasise langusega kasutatakse laseršokkide peenetehnoloogiat laiemalt.
Laseršokkide peenetehnoloogiat kasutatakse laialdaselt inseneritöös.
1972. aastal kasutasid Ameerika Ühendriigid kõrge - toitelaser - indutseeritud lööklaineid, et ravida esmakordselt kõrge - tugevuse alumiiniumsulameid, ja leidis, et selle pinna mikrostruktuur muutus ja tõmbetugevus suurenes enam kui 30%, mis avas Prelude'i Premening Premening LASER. 1980ndate lõpus on sellised riigid ja piirkonnad nagu Euroopa, Jaapan ja Iisrael teinud uuringuid laseršokkide peenetehnoloogia kohta.
1995. aastal asutati Ameerika Ühendriikides maailma esimene laseršokkide töötlemise tehnoloogiaettevõte. 1997. aastal kasutas General Motors laseršokkide töötlemise tehnoloogiat õhusõidukite mootori ventilaatori labade töötlemiseks, parandades oluliselt nende sallivust võõrkeha kahjustuste suhtes. 2001. aastal viis Ameerika laseršokkide töötlemise tehnoloogiaettevõte laseršokkide peenemise läbi enam kui 800 rullimootori - Royce. 2004. aastal tegi ettevõte koostööd USA õhuväe laboratooriumiga, et viia F/A {- 22 -l kahjustatud mootoriga titaansulami labade laserproovi remondiuuringud läbi ja selle väsimuse tugevus kahekordistus. Samal aastal kuulutas Ameerika Ühendriigid ametlikult laseršokkide töötlemise spetsifikatsiooni ja seda tehnoloogiat rakendati Boeing 777 terade töötlemisel. 2012. aastal töötas USA edukalt välja mobiilse laseršokitöötluse seadmed, mis suudab reaalajas teenuste osutamiseks siseneda tööstussaidile. 2002. aastal kasutas Jaapani Toshiba Corporation väikesi lasereid keevisõmbluste töötlemiseks, näiteks tuumareaktori rõhuanumad ja torude vuugid, et parandada osade väsimust.
Välismaalased on kasutanud ka biomeditsiiniliste metallide ja sulamite tugevdamiseks laseršokkide töötlemistehnoloogiat, parandama püsivate implantaatide kõvadust, saagikust ja väsimust ning vähendavad lagunevate implantaatide, näiteks kaltsiumi - magneesiumisulamist, lagunemiskiirust.
Laserišokkide töötlemise tehnoloogia kodumaised uuringud algas 1990ndatel, keskendudes peamiselt eksperimentaalsete uuringute seeriale ja sellega seotud teoreetilistele aruteludele alumiiniumsulamite ja teraste üle. Alates 1992. aastast on Nanjingi aeronautika ja astronautikaülikool teinud koostööd Hiina teaduse ja tehnoloogia ülikooliga, et viia läbi uurimistöö laseršokkide tugevdamise ja väsimuskindluse kohta lennundusstruktuuride osade tootmisel. 1995. aastal töötati Hiina teaduse ja tehnoloogia ülikoolis edukalt välja esimene laseršoki tugevdamise seade Hiinas. 2008. aastal arendas õhujõudude inseneriülikool koos Xi'an Optoelectronic Technology Development Co., Ltd. ja Peking Leibao Optoelectronic Technology Co., Ltd. -ga edukalt minu riigi esimese pideva impulsi laseri tugevdava tootmisliini. 2011. aastal töötati Hiina Teaduste Akadeemias Shenyangi automaatika instituudis edukalt välja minu riigi esimene integreeritud labade lasersõidukite tugevdamise süsteemivarustus ja toimetati Shenyang Liming Engine Co., Ltd. -le.
Laseršoki peenemise mehhanism ja mõjutavad tegurid
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) plasmakiht. Laseršoki peen kasutab tugevat lööklainet, mis levib materjali, mille põhjustab löögikoormus, mida rakendatakse kõrge - rõhu plasmakihis sihtmärgil.
Praegu kasutatud piiratud kihi materjalid hõlmavad peamiselt K9 optilist klaasi, orgaanilist klaasi ja veevoolu kihti. Klaasimaterjaliga piiratud kihil on parim mõju, kuid sellel on halb kohanemisvõime ja see puruneb, mis sobib ainult ühe laseriga löögiks. Üldiselt kasutatakse veevoolu kihti laseršokitestide ja tööstuslike rakenduste piiratud kihina. Sellel on tugeva rakendatavuse, madalate kulude, hõlpsa töö ja ei vaja asendamise eeliseid. Välja arvatud väike arv laseršokkide töötlemisprotsesse, mis ei kasuta energia neeldumiskihte, vajab enamik neist energia neeldumiskihte. Tavaliselt kasutatavad energia neeldumiskihid on peamiselt madala aurustuskujuga materjalid, näiteks must värv, alumiiniumfoolium ja must lint. Musta värviga on hea rakendatavus ja seda saab kasutada soonte, väikeste aukude jms laseršokkide peenete töötlemiseks, kuid seda pole pärast šoki valmimist lihtne eemaldada, seega kasutatakse energia neeldumiskihtidena tavaliselt alumiiniumfooliumi ja musta linti.
On palju tegureid, mis mõjutavad laseršoki peenemise mõju, peamiselt materjali omadusi, piirangukihti, energia absorbeerimiskihti, laser -löögiparameetreid jne. Kui laseri võimsuse tihedus jääb muutumatuks, seda kauem laserimpulsi laius, seda kauem laser -löögilaine materjalil ja parem laserravi efekt. Kui laserimpulsi laius on aga liiga suur, on väga lihtne põhjustada mõjutava materjali pinnapõletusi. Ainult mõistliku piirangukihi, energia neeldumiskihi ja laseršokiparameetrite valimisel saab paremini tugevdavat mõju materjali omadustele.
Laserišoki peenemise numbriline simulatsioon numbriline simulatsioon aitab saada konkreetsete rakenduste jaoks optimaalseid protsessiparameetreid ja on järk -järgult muutunud oluliseks vahendiks laseršokkide peenemise uurimiseks. Kodumaised ja välismaised teadlased on teinud palju uuringuid laseršoki peenestamise modelleerimise ja optimeerimise kohta. Praegu on tööstus suuri edusamme teinud selgesõnalises dünaamilises analüüsis + kaudse staatilise analüüsi laseršoki peenestamise numbrilise simulatsiooni meetodil ja laseršoki peenestamise numbrilise simulatsiooni meetodil, mis põhineb sisemisel tüvel.
Kui kõrge - rõhu plasmakiht mõjutab sihtmaterjali, läbib löögipiirkonnas sisalduv materjal kõrge deformatsioon ja struktuurne vastus muutub väga kiiresti, mis on väga mittelineaarne kõrge - kiiruse dünaamiline probleem. Kui seda tüüpi probleemi lahendamiseks kasutatakse kaudset lõplike elementide algoritmi, ei nõua see mitte ainult suurt arvutamist ja ladustamist, vaid tal on ka raskusi arvutamise lähenemisega. Plasmamõju abil genereeritud pingelaine lahendamiseks on vaja kasutada selgesõnalist lõplike elementide analüüsi meetodit. Eelkõige soodustab selgesõnaliste ja kaudsete lõplike elementide analüüsimeetodite põhjalik kasutamine materjali dünaamilise reageerimise protsessi numbrilise simulatsiooni teostamiseks lööklaine toimingu all täpsete jääkpingeväljade prognoosimise tulemuste saamiseks.
Kui multi {- kattuva laseršoki simuleerimiseks kasutatakse suures piirkonnas, on üksiku - - punkti laseršoki jääkpinge arvutamise ja superpositsioonimeetodi simuleerimiseks suures piirkonnas sageli tohutu ja proovipinge valdkonna jääkvälja saamiseks on palju aega tohutu. Lisaks on tooriku geomeetria suure mõju tõttu jääkpingeväljale keeruline täpselt simuleerida mitme -} punktkattuva laserkomponentide kõvenemist reaalsete komponentide kattumise jääkpingeväljaga keerukate kõverate pindadega, kasutades stressi superpositsioonimeetodit.
Nende kahe probleemi tõhusaks lahendamiseks on mõned teadlased loonud sisemise tüve põhjal põhineva numbrilise mudeli, et simuleerida laseršoki kõvenemise jääkpingevälja. See mudel eeldab, et komponendi pinnal laseršokiga moodustatud sisemine tüvi on komponendi geomeetria suhtes tundetu. Simulatsiooniprotsess keskendub ainult laserišoki indutseeritud plastilisele tüvele. Suure - pindala multi {- tüveväli komponendi punkt laserišokk saadakse sisemise tüve superpositsioonil ja lõpliku jääkpingevälja ja plastilise deformatsiooni saamiseks kasutatakse termoelastset mudelit.
Viimastel aastatel on asjakohased teadlased kodu- ja välismaal kasutanud seda mudelit laseršokk -tugevate komponentide laseršoki tugevdamise jääkpingeväljade arvuliseks simuleerimiseks. Selle sisemise tüvemudeli arvutuslikku efektiivsust on võrreldes traditsioonilise mudeliga oluliselt paranenud ja väljakujunenud mudel suudab tõhusalt ennustada laseršoki indutseeritud jääkpingevälja.
