Лазерная амортизация: инновации технологии укрепления поверхности от лабораторных до промышленных площадок
Laser Shock Peenge Technology, инновационный процесс, известный как «революция укрепления поверхности материала», тихо изменяет высокий - конечный производственный ландшафт. От первого взгляда на изменение микроструктуры алюминиевого сплава в американской лаборатории до промышленной практики обработки лезвий Boeing 777; От рождения первой непрерывной линии производства импульсов в Китае до прорыва системой укрепления интегрального лезвия, она использует мгновенный взрыв высокого - плазмы напряжения, чтобы вырезать анти - усталость «протективительный щит» на поверхности металла.
Когда наносекундная лазерная луча сталкивается с металлом, испарение и испарение слоя поглощения энергии похожи на микро взрыв, что приводит к ультра - ударов высокого давления, сплетая плотную сеть остаточного напряжения в материале. Выбор слоя ограничения похож на адаптирование - окончательный эффект стекла и промышленной адаптации потока воды, гибкость черной краски, но трудно удалить, и удобство алюминиевой фольги становятся первым выбором. В области численного моделирования переплетение явных и неявных алгоритмов и инновации модели внутренней деформации заставляют оптимизацию процесса перемещаться от «испытания и ошибки» к «точным расчетам».
Это не только эволюция технологии, но и объявление производственной промышленности «бросить вызов лимиту»: как «сердце» самолетного двигателя может выдержать десятки тысяч воздействий? Как сварной шерсти ядерного реактора выдержать десятилетия давления? Могут ли биологические имплантаты найти баланс между выносливостью и деградацией? Laser Shock Peening использует силу фотонов для написания ответов на эти сложные проблемы.
Laser Shock Peenge Technology, также известная как лазерная Peenging, представляет собой новую, эффективную и быстро развивающуюся технологию модификации поверхности. По сравнению с традиционной технологией Peening Mechanical Shot, она может образовывать более глубокий остаточный слой напряжений сжатия на поверхности заготовки, имеет сильную управляемость и хорошую адаптивность и может справиться с трудным - к - обработке деталей. В настоящее время эта технология широко использовалась в усталости -, таких как лезвия авиационных двигателей, шестерня и сварные швы с атомной электростанцией. С дальнейшим снижением цены на лазерное оборудование, технология лазерного шока будет использоваться более широко.
Лазерная технология пейзинга широко используется в инженерии.
В 1972 году Соединенные Штаты использовали High - Power Laser -, индуцированные ударными волнами для обработки высокого - прочности алюминиевых сплавов впервые, и обнаружили, что его поверхностная микроструктура изменилась, а прочность на растяжение увеличилась более чем на 30%, что открыло предварительное исследование штуковину. В конце 1980 -х годов такие страны и регионы, такие как Европа, Япония и Израиль, провели исследование технологии лазерного шока.
В 1995 году в Соединенных Штатах была основана первая в мире технологическая компания по обработке лазерных шоков. В 1997 году General Motors использовала технологию обработки лазерного удара для обработки лезвий самолета двигателя, значительно повысив их терпимость к повреждению иностранных объектов. В 2001 году компания American Laser Shock Technology Company выполнила Laser Shock Peenging на более чем 800 двигателях Rolls - Royce. В 2004 году компания сотрудничала с лабораторией ВВС США для проведения лазерных исследований в области ремонта Peenge на поврежденных лезвиях титановых сплавов двигателя на f/a - 22, и ее усталость была удвоена. В том же году Соединенные Штаты официально обнародовали спецификацию обработки лазерного шока, и эта технология была применена к обработке лезвия Boeing 777. В 2012 году Соединенные Штаты успешно разработали мобильное оборудование для обработки лазерного шока, которое может войти в промышленное место для предоставления услуг в реальном времени. В 2002 году в Японской корпорации Toshiba использовалась небольшие лазеры для обработки сварных швов, таких как сосуды давления ядерного реактора и суставы труб для улучшения срока службы усталости.
Иностранные ученые также использовали технологию обработки лазерного шока для укрепления биомедицинских металлов и сплавов, улучшения твердости, прочности урожая и усталостного срока службы постоянных имплантатов и снижения скорости деградации разлагаемых имплантатов, таких как кальций- сплавы магний.
В 1990 -х годах начались внутренние исследования по технологии обработки лазерного шока, в основном были сосредоточены на серии экспериментальных исследований и связаны с теоретическими дискуссиями о алюминиевых сплавах и сталях. С 1992 года Университет аэронавтики и астронавтики Нанкин сотрудничает с Университетом науки и технологии Китая для проведения исследований по укреплению лазерного шока и устойчивости к усталости авиационных структурных частей. В 1995 году в Университете науки и технологии в Китае было успешно разработано первое лазерное устройство для укрепления шока для одного лазерного шокового эксперимента в Китае. В 2008 году Университет инженерии ВВС совместно с Xi'an Optoelectronic Technology Development Co., Ltd. и Пекин Лейбао Optoelectronic Technology Co., Ltd., успешно разработала первую в моей стране производственную линию с непрерывным импульсным лазером. В 2011 году в Институте автоматизации Шеньян, Китайской академии наук, первый набор интегрального интегрального лазерного лазерного шокового оборудования, была успешно разработана в Институте автоматизации Шеньян, и была доставлена в Shenyang Liming Engine Co., Ltd. для использования.
Механизм и влиятельные факторы лазерной амортизации
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) плазменный слой. Laser Shock Peenging использует сильную ударную волну, распространяющуюся в материал, вызванную ударом, применяемой высоким слоем плазмы- на цель.
Струнные материалы слоя, используемые в основном, включают в себя оптическое стекло K9, органическое стекло и слой потока воды. Сложный слой стеклянного материала имеет наилучший эффект, но обладает плохой адаптивностью и сломается, что подходит только для одно лазерной ударной обработки. Как правило, слой потока воды используется в качестве ограниченного слоя в лазерных амортизаторах и промышленных применениях. Он имеет преимущества сильной применимости, низкой стоимости, легкой работы и отсутствия необходимости замены. За исключением небольшого количества процессов обработки лазерной обработки, которые не используют слои поглощения энергии, большинство из них требуют слоев поглощения энергии. Обычно используемые слои поглощения энергии представляют собой в основном материалы с низким испариванием тепла, такие как черная краска, алюминиевая фольга и черная лента. Черная краска имеет хорошую применимость и может использоваться для лазерной амортизатовой обработки канавок, небольших отверстий и т. Д., Но ее нелегко удалить после завершения удара, поэтому алюминиевая фольга и черная лента обычно используются в качестве слоев поглощения энергии.
Существует множество факторов, которые влияют на влияние лазерного удара, в основном, свойства материала, слоя ограничения, слоя поглощения энергии, параметров лазерного удара и т. Д. Если плотность лазерной мощности остается неизменной, тем дольше ширина лазерного импульса, тем дольше время лазерной ударной волны действует на материал, а тем лучше эффект лечения Laser. Однако, если ширина лазерного импульса слишком велика, очень легко вызвать ожоги поверхностных ожогов материала. Только путем выбора разумного слоя ограничения, слой поглощения энергии и параметры лазерного шока в соответствии с свойствами материала могут быть достигнуты лучшим эффектом укрепления.
Численное моделирование лазерного шокового численного моделирования помогает получить оптимальные параметры процесса для конкретных применений и постепенно становится важным средством изучения лазерного удара. Внутренние и иностранные ученые провели много исследований по моделированию и оптимизации лазерного шока. В настоящее время отрасль добилась значительного прогресса в явном динамическом анализе + неявный статический анализ лазерного шока, метод численного моделирования, и метод численного численного моделирования лазерного удара, основанный на внутреннем штамме.
Когда высокий - слой плазмы давления воздействует на целевой материал, материал в области удара подвергается высокой скорости деформации пластической деформации, и структурный отклик очень быстро меняется, что является очень нелинейной высокой динамической задачей-. Если для решения этой проблемы используется неявный алгоритм конечных элементов, он не только требует большого количества расчетов и хранения, но также имеет трудности с конвергенцией расчета. Необходимо использовать явный метод анализа конечных элементов для решения волны напряжения, генерируемой ударом в плазме. В частности, всестороннее использование явных и неявных методов анализа конечных элементов для выполнения численного моделирования процесса динамического отклика материала при действии ударной волны способствует получению точных результатов прогнозирования поля остаточного напряжения.
Когда для симуляции Multi - точечного напряжения и суперпозиции используются однопочечный метод перекрытия остаточного напряжения и суперпозиции. Кроме того, из -за большого влияния геометрии заготовки на поле остаточного напряжения трудно точно имитировать поля остаточного напряжения мульти - точки перекрытия лазерного удара реальных компонентов со сложными изогнутыми поверхностями с использованием метода суперпозиции напряжений.
Чтобы эффективно решить эти две проблемы, некоторые исследователи установили численную модель, основанную на внутреннем штамме, чтобы имитировать остаточное поле напряжения лазерного удара. Эта модель предполагает, что внутренняя деформация, образованная лазерным ударом на поверхности компонента, нечувствителен к геометрии компонента. Процесс моделирования фокусируется только на пластическом деформации, вызванном лазерным шоком. Поле деформации большой - область Multi - точечного лазерного удара компонента получается путем суперпозиции внутренней деформации, а термоупругая модель используется для получения конечного поля остаточного напряжения и пластической деформации.
В последние годы соответствующие ученые дома и за рубежом использовали эту модель для численного моделирования полей остаточного напряжения лазерного усиления шока различных сложных компонентов. Вычислительная эффективность этой модели внутренней деформации значительно улучшена по сравнению с традиционной моделью, и установленная модель может эффективно предсказать поле остаточного напряжения, вызванное лазерным шоком.
