Lézeres szórás

A lézeres szórás (néha lézeres löketes szórásként is említik) mély plasztikus feszültséget hoz létre az alkatrészben, amely a felület alatt 1–10 mm mélységben nagy mértékű maradó nyomófeszültséget eredményez. Ez növeli a kritikus fém alkatrészek fáradási szilárdságát, tartósságát, károsodástűrését és a feszültségkorróziós repedésekkel szembeni ellenállását.
A lézeres szórással az alkatrészek formázhatók és korrigálhatók, különösen akkor, ha az alkatrész túl vastag ahhoz, hogy a sörétszórást lehetővé tegye. A Curtiss Wright végeselemes fizikán alapuló lézeres szórási modellje lehetővé teszi a gyors virtuális szórást, és ezáltal a hatékony optimalizálást és a várható teljesítmény értékelését.
A lézeres szórás alternatívája a kontrollált sörétszórásnak, ahol előnyös a nyomofeszültségi réteg elérheti a 12 milimétert is. Az alkalmazás értékelése során meghatározzák, hogy az egyik vagy mindkét módszert kell-e alkalmazni.
A lézeres szórás jelentős hatást gyakorolt az iparágra, mivel megbízható és gyártásra alkalmas technológiát biztosít. A tervezőknek lehetőséget nyújt arra, hogy sebészi pontossággal alakítsák ki a maradó nyomófeszültséget az alkatrészek kulcsfontosságú területein. Ez késlelteti a repedések kialakulását és növekedését, ezáltal megnöveli a fáradási szilárdságot és az alkatrész élettartamát.

Lézeres szórás (Laser Peening) – videó

Lézeres löketes szórás folyamata – lépésről lépésre

Egy vékony vízsugár áramlik a felületre, hogy inerciális fojtóanyagként működjön.
Egy Nd:glass lézerből származó, nagyjából 20 Joule-nyi, 20 nanoszekundumos (azaz 1000 000 000 wattos csúcs) kimeneti sugárnyalábot vetítenek egy munkadarabra, amely áthalad a vízen
A lézerimpulzus időbeli éle a fémfelületen vagy az ablációs rétegben reakcióba lép, gyorsan ionizálva és elpárologtatva a felületi anyagot, plazmát képezve és felmelgítve azt.
A felhevített plazma nyomása körülbelül 100kBar-ra (1,5 millió font per négyzet hüvelyk) emelkedik, a víz pedig a térfogat inerciális korlátozására szolgál. Ez a gyors nyomásemelkedés nagymértékben szabályozott annak érdekében, hogy a fém dinamikus folyáshatárának egy-kétszerese legyen, miközben a fémbe hatolva létrejön a plasztikus alakítás
A víz gyorsán távozik a felszínről, de csak miután a lökéshullám bejutott a fémbe.
A szórt terület mechanikai reakciója erre a 0,020 hüvelyk és 0,500 hüvelyk (1 mm és 12 mm közötti mélység) közötti mély plasztikus alakváltozásra mély maradandó nyomófeszültséget eredményez, amelynek jellemzői az anyagtól, a merevségtől és a feldolgozási paraméterektől függenek. A keletkező mély nyomófeszültség egy sérüléstűrő réteget hoz létre, és gátat képez a repedések kialakulásának és növekedésének. Ez növeli a fáradási élettartamot, és ellenállást biztosít a feszültségkorróziós repedésekkel és a súrlódás okozta fáradással szemben.

Megjegyzés: A lézer sorozatos lövése egy előre meghatározott felületi mintázatban réteges plasztikus alakváltozást eredményez, ami egy determinisztikus mély maradandó nyomásfeszültségréteget hoz létre. Az eljárás a termékhez és a potenciális hibamechanizmushoz igazítható, vagy a súlyérzékeny kialakítás révén nagyobb potenciális terhelést tesz lehetővé.

A lézeres löketes szórás előnyei

Mélyebb maradandó nyomófeszültség, amely jobb ellenállást tesz lehetővé:
- Alacsony ciklusú, magas stresszhelyzetek (LCF)
- Nagy ciklusú, alacsony stresszhelyzetek (HCF)
- A nyomófeszültség elvesztése magas hőmérsékletű alkalmazásokban
Megakadályozza a hibákat:
- Erózió, idegen tárgyak okozta sérülések (FOD), súrlódás, pitting, feszültségkorróziós repedés (SCC), galvanikus és kavitációs erózió
A tiszta felületi állapot lehetővé teszi az olyan alkalmazásokat, ahol a szennyeződés és/vagy a közeg elszíneződése nem tolerálható
A felületi minőség és a topográfia könnyen karbantartható és szabályozható
A lézeres szórás kiváló folyamat- és minőségellenőrzést tesz lehetővé. Mivel a lézerenergia és az impulzus időtartam kulcsfontosságú folyamatparaméterei minden egyes létrehozott ütközési pont esetében mérésre és rögzítésre kerülnek. Emellett képes nagy görbületet létrehozni a vastag alkatrészszelvényekben, ami lehetővé teszi a fejlett alakítási és formakorrekciós alkalmazásokat.

Lézeres Szórás Sikertörténetek

Lézeres szórás szabadalmak

A Curtiss-Wright Surface Technologies a következő lézeres szórási szabadalmakkal rendelkezik:

Az Egyesült Államok 6670578 számú szabadalma az alkatrészek előtöltésére lézeres szórásos formázás során
Az Egyesült Államok 6410884 számú szabadalma fémek lézeres szórással történő kontúrozása

AI 6061-T6 alumínium lézeres szórása

A kivételesen mély maradó nyomóréteg egyik előnye a fentiekben látható. Az S-N görbe 6061-T6 alumínium fárasztási vizsgálati eredményeit mutatja. A vizsgálatok során szóratlan, sörétszórt és lézerrel szórt mintadarabokat vizsgáltak, ami egyértelműen mutatja a lézeres eljárás élettartam- és fáradási előnyeit.

Lézeres vs sörétes szórás

Lézeres szórás alkalmazásai

A lézeres szórást a következőkre használják:

A fáradási szilárdság növelése
A feszültségkorróziós repedések megelőzése
A kritikus rendszerelemek élettartamának meghosszabbítása
A nagyon magas hőmérsékleten működő alkatrészek fáradástűrésének fokozása és
Az additív megmunkálással készült alkatrészek fáradási élettartamának növelése

Lézeres szórást alkalmazó iparágak

Szállítás

• Turbinamotorok lapátjai és tárcsái
• Repülőgép-szerkezetek
• Leszállóegység
• Vezérlő komponensek
• Hajószerkezet és meghajtási rendszerek

Energia és villamosenergia-termelés

• Gáz- és gőzturbinák
• Nukleáris üzemanyagtartályok – a feszültség okozta korróziós repedések megelőzése
• Upstream és Downstream energiarendszerek

Autóipar

Orvosi implantátumok

Tengeri hajók

Szabadidősportok

Védelmi Ipar

• Horogcsapok
• Repülőgép-szerkezetek

Lézeres szórás VEM modellezése alkatrészeknél

A végeselem-elemzési (VEM) modellezési képesség pontosan szimulálja az ügyfél alkatrészének lézeres szórásra adott válaszát. A folyamatváltozók többszörös elemzése a következő előnyökkel jár:

Csomópontonkénti feszültség- és alakváltozási profilok előrejelzése
Lehetővé teszi a megnövekedett fáradási szilárdság és élettartam pontos előrejelzését
A folyamat előnyeinek értékelése
A tesztelés költségeinek csökkentése
A telepítési ütemtervek felgyorsítása

Lézeres szórással történő alakformázás

A lézeres szórással történő alakformázás a sörétszórást azáltal egészíti ki, hogy nagyobb mélységű indukált feszültséget hoz létre, ezáltal lehetővé teszi a vastagabb anyagrészek alakítását és a lehetséges görbületek mértékének növelését. Segít a megmunkált merevítőelemek és bordák hatékonyabb kialakításában az integráltan merevített panelek esetében, ami csökkenti a kötőelemek szükségességét. Ezt a technológiát sikeresen alkalmazták a 747-8-as repülőgépen. Mindez könnyebb, üzemanyag-takarékosabb profilú repülőgépeket tesz lehetővé.

Lézeres löketes szórással történő alakformázás

Lézeres löketes szórás – Helyszíni rendszerek

Az ügyfelek telephelyein több kontinensen több mobil lézeres szórórendszert telepítettünk, amelyek a legköltséghatékonyabb és időben történő telepítést biztosítják – Tudjon meg többet >>

Lézeres szórás termikus mikroszerkezet-átalakítással

A hagyományos szórás alacsony hőmérsékleten működik, azonban magasabb hőmérsékleten a felületi kezelések degradálódnak a diszlokációk sérülése, a feszültség enyhülése és a szemcsék durvulása révén. E kihívás leküzdésére a Curtiss-Wright (CW) kifejlesztett egy új technikát, a lézeres szórást és a termikus mikroszerkezet-fejlesztést (LP+TME), amely hőstabil mikroszerkezeti módosításokat eredményez mind a hagyományos, mind az additív módon gyártott (AM) anyagokban.

Folyamatosan együttműködünk az iparág vezetőivel és kutatóival technológiáink fejlesztése érdekében, és nemrégiben publikációkat tettünk közzé az Alabamai Egyetemmel és a Michigan Állami Egyetemmel (MSU) együttműködésben – Tudjon meg többet >>

AJÁNLATKÉRÉS

Lézeres szórási hírek

2022. március 24.
A Curtiss-Wright bejelentette a Lockheed Martin F-35B vadászrepülőgépen végzett lézeres szórási eljárás sikeres ellenőrzését

2021. február 19.
A Fleet Readiness Center East beüzemeli az első F-35B-t a lézeres szórással történő módosításra; az eljárás a repülőgép vázának megerősítésével növeli a készenlétet

2020. november 16.
A Curtiss-Wright új amerikai szabadalmat jelentett be a „nagy fáradási szilárdságú, nagy keménységű területeket igénylő alkatrészekre”