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培训专栏


第 5 卷- 2017 年 9 月刊
激光喷丸在金属加工过程中的适用范围?






David Lahrman

  激光冲击喷丸是使用高能激光脉冲增强金属疲劳强度的具有针对性的强有力方法。像抛喷丸强化一样,激光喷丸在组件表面给予有益的压缩残余应力,以阻止裂纹的产生和扩张。与抛喷丸强化不同,激光喷丸仅适用于关键疲劳区,以提供增强型阻力,其中零件最容易发生故障。通常沿压缩涡轮叶片的边缘应用激光喷丸,防止异物损坏和侵蚀,或应用于楔形榫头根部,防止腐蚀疲劳、应力腐蚀开裂和断裂。

  在将激光喷丸作为生产过程应用于部件之前,组件经过应用开发过程以确定激光参数和加工条件。使用有限元建模软件确定每个激光脉冲的能量、光斑尺寸、脉冲长度和位置,以优化压缩残余应力分布。一旦处理条件成立,大多数激光喷丸的处理均是自动化的。激光喷丸系统与复杂的机器人集成一体,用于零件操纵和覆盖应用。协调激光系统和机器人,以精确的顺序和模式递送脉冲,以实现可重复的结果。

  激光喷丸在零件表面产生数百万磅力的压力脉冲。所产生的应力波根据加工条件、材料和部件几何形状产生高达 12 毫米深的压缩残余应力。激光喷丸通常用于已经过喷丸处理的部件,以加强抛喷丸强化不能提供足够强化的关键区域。虽然可在整个表面应用喷丸强化,但激光喷丸被应用至特定区域以增强残余应力分布并减少关键位置的故障。可在喷丸强化处理之前或之后应用激光喷丸处理,而无需掩蔽敏感区域。

  与喷丸强化相似,完成所有热处理之后通常均应用激光喷丸处理,防止压缩残余应力的松弛。即使如此,激光喷丸在部件表面中的冷加工比例比喷丸强化要低一些,因此可在更高的工作温度下保留材料的优点。这是涡轮行业的一个重要特征,因为激光喷丸式压缩机翼型件也可以进一步放置在发动机后方较远之处,即使在某些情况下是放在燃烧器之后。

  通常在最终加工技术之前进行激光喷丸处理。该过程产生微小的表面变形,深度通常为1-5微米,该变形可在后处理中除去而不会改变压缩残余应力分布。表面粗化是由激光束在零件表面上产生等离子破裂印记的结果,但请务必牢记,激光喷丸是无需加热或熔化部件表面的机械工艺。激光喷丸强化部件可随后进行研磨、抛光、电镀、喷砂或超精加工,以达到所需的表面光洁度和零件公差,同时保留有益的压缩残余应力。

  激光喷丸几乎可以应用于任何金属材料,并且在各种钛、镍、铝合金和钢中均显示出疲劳增强的优点。其可以应用于具有复杂几何形状的弯曲表面或部件,并且激光可以在保持应力波传播深度的同时以与曲面法线成七十度的角进行传送。通常将不透明的烧蚀覆盖层(通常为油漆或胶带)应用于零件表面以吸收激光能量,但是可以执行激光喷丸处理,而不会产生通过后处理抛光去除的轻微氧化。

  激光喷丸是一种改良目标金属的工艺,用于疲劳易发区的关键部件,这些部位中抛喷丸强化并未提供足够的优势。其已应用于航空航天、发电、汽车、国防、模具和制造行业,以延长组件的使用寿命。可在制造过程的任何一处激光喷丸,并且可以与其他金属加工工艺相结合,以达到最佳的表面硬度和光洁度。激光喷丸是一种新兴技术,是制造商和工程师的另一强力工具。

如有疑问,请联系david@mfn.li



培训专栏
作者:David Lahrman,MFN官方培训师
更多信息,请参见 www.mfn.li/cn/trainers
 
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