Laserpenning

Laserblästring ( LP ), eller laserchockblästring ( LSP ), är en ytteknisk process som används för att ge positiva restspänningar i material. De djupa restspänningarna av hög magnitud som induceras av laserblästring ökar motståndskraften hos material mot ytrelaterade fel, såsom utmattning , slittrötthet och spänningskorrosionssprickor . Laserchockpenning kan också användas för att stärka tunna sektioner, härda ytor, forma eller räta ut delar (känd som laser-pennformning), bryta upp hårda material, kompakta pulverformiga metaller och för andra applikationer där högtrycks, kortvariga stötvågor ger önskvärda bearbetningsresultat.

Historia

Upptäckt och utveckling (1960-talet)

De första vetenskapliga upptäckterna mot modern laserpeening började i början av 1960-talet när pulsad laserteknik började spridas över hela världen. I en tidig undersökning av laserinteraktionen med material av Gurgen Askaryan och EM Moroz, dokumenterade de tryckmätningar på en riktad yta med hjälp av en pulsad laser. De observerade trycken var mycket större än vad som kunde skapas av enbart laserstrålens kraft. Forskning om fenomenet visade att det höga trycket var resultatet av en impulsimpuls som genererades av materialförångning vid målytan när den snabbt värmdes upp av laserpulsen. Under hela 1960-talet definierade och modellerade ett antal utredare laserstrålens pulsinteraktion med material och den efterföljande genereringen av spänningsvågor. Dessa, och andra studier, observerade att spänningsvågor i materialet genererades från den snabbt expanderande plasma som skapades när den pulsade laserstrålen träffade målet. Därefter ledde detta till intresse för att uppnå högre tryck för att öka spänningsvågens intensitet. För att generera högre tryck var det nödvändigt att öka effekttätheten och fokusera laserstrålen (koncentrera energin), vilket krävde att interaktionen mellan laserstråle och material inträffade i en vakuumkammare för att undvika dielektriskt sammanbrott i strålen i luft. Dessa begränsningar begränsade studier av högintensiva pulsade laser-material interaktioner till en utvald grupp forskare med högenergipulsade lasrar.

I slutet av 1960-talet inträffade ett stort genombrott när NC Anderholm upptäckte att mycket högre plasmatryck kunde uppnås genom att begränsa den expanderande plasman mot målytan. Anderholm spärrade in plasman genom att placera en kvartsöverlägg, transparent för laserstrålen, stadigt mot målytan. Med överlägget på plats passerade laserstrålen genom kvartsen innan den interagerar med målytan. Den snabbt expanderande plasman var nu innesluten i gränsytan mellan kvartsöverlägget och målytan. Denna metod för att begränsa plasman ökade avsevärt det resulterande trycket, vilket genererade trycktoppar på 1 till 8 gigapascal (150 till 1 200 ksi), över en storleksordning större än obegränsade plasmatryckmätningar. Betydelsen av Anderholms upptäckt för laserblästring var demonstrationen att pulserande laser-materialinteraktioner för att utveckla högtrycksspänningsvågor kunde utföras i luft, inte begränsat till en vakuumkammare .

Laserchock som en metallurgisk process (1970-talet)

I början av 1970-talet gjordes de första undersökningarna av effekterna av pulsad laserstrålning i målmaterialet. LI Mirkin observerade tvillingar i ferritkorn i stål under kratern skapad av laserbestrålning i vakuum. SA Metz och FA Smidt, Jr. bestrålade nickel- och vanadinfolier i luft med en pulsad laser med låg effekttäthet och observerade tomrum och vakansslingor efter glödgning av foilerna, vilket tyder på att en hög koncentration av vakanser skapades av stressvågen. Dessa vakanser aggregerade sedan under efterbestrålningsglödgning till de observerade tomrummen i nickel och dislokationsslingor i vanadin.

1971 började forskare vid Battelle Memorial Institute i Columbus, Ohio undersöka om laserchockprocessen kunde förbättra metallmekaniska egenskaper med hjälp av en högenergipulsad laser. 1972 publicerades den första dokumentationen av de fördelaktiga effekterna av laserchockerande metaller, som rapporterade förstärkningen av aluminiumdragprover med hjälp av en kvartsöverlägg för att begränsa plasman. Därefter beviljades det första patentet på laserchock-peening till Phillip Mallozzi och Barry Fairand 1974. Forskning om effekterna och möjliga tillämpningar av laser-peening fortsatte under 1970-talet och början av 1980-talet av Allan Clauer, Barry Fairand och medarbetare, med stöd av finansiering från de National Science Foundation 3, NASA , Army Research Office, US Air Force, och internt av Battelle. Denna forskning undersökte materialets effekter mer på djupet och visade skapandet av djupa tryckspänningar och den åtföljande ökningen av utmattnings- och slittrötthetsliv som uppnås genom laserblästring.

Praktisk laserpeening (1980-talet)

Laserchockerande under de inledande utvecklingsstadierna var kraftigt begränsad av den tidsperiodens laserteknik. Den pulsade lasern som användes av Battelle omfattade ett stort rum och krävde flera minuters återhämtningstid mellan laserpulserna. För att bli en livskraftig, ekonomisk och praktisk industriell process var lasertekniken tvungen att mogna till utrustning med mycket mindre fotavtryck och kunna öka laserpulsfrekvenserna. I början av 1980-talet blev Wagner Castings Company i Decatur, Illinois intresserade av laserblästring som en process som potentiellt skulle kunna öka utmattningshållfastheten hos gjutjärn för att konkurrera med stål, men till en lägre kostnad. Laserblästring av olika gjutjärn visade en blygsam förbättring av utmattningslivslängden, och dessa resultat tillsammans med andra övertygade dem om att finansiera designen och konstruktionen av en pre-prototyp pulsad laser 1986 för att demonstrera processens industriella livskraft. Denna laser färdigställdes och demonstrerades 1987. Även om tekniken hade varit under utredning och utveckling i cirka 15 år, hade få människor inom industrin hört talas om den. Så, när demonstrationslasern var klar, inleddes en stor marknadsföringsinsats av Wagner Castings och Battelles ingenjörer för att introducera laserpeening på potentiella industriella marknader.

Också i mitten av 1980-talet initierade Remy Fabbro från Ecole Polytechnique ett laserchockblästringsprogram i Paris. Han och Jean Fournier från Peugeot Company besökte Battelle 1986 för en utökad diskussion om laserchockblästring med Allan Clauer. De program som initierades av Fabbro och fördes vidare på 1990-talet och början av 2000-talet av Patrice Peyre, Laurent Berthe och medarbetare har gett stora bidrag, både teoretiska och experimentella, till förståelsen och implementeringen av laserpeening. 1998 mätte de med VISAR ( Velocimeter Interferometer for Any Reflector ) tryckbelastningar i vatteninneslutningsregimen som funktion av våglängd. De visar den skadliga effekten av nedbrytning i vatten som begränsar maximalt tryck vid materialytan.

Skapande av en industri (1990-talet)

I början av 1990-talet blev marknaden mer bekant med potentialen med laserblästring för att öka utmattningslivslängden. 1991 introducerade det amerikanska flygvapnet Battelle och Wagners ingenjörer till GE Aviation för att diskutera den potentiella tillämpningen av laserpeening för att lösa ett problem med skador på främmande föremål (FOD) med fläktblad i General Electric F101-motorn som driver Rockwell B - 1B Lancer Bomber . De resulterande testerna visade att laserblästrade fläktblad som var kraftigt hackade efter laserblästring hade samma utmattningslivslängd som ett nytt blad. Efter ytterligare utveckling licensierade GE Aviation laserchockblästringstekniken från Battelle, och 1995, GE Aviation och US Air Force fattade beslutet att gå vidare med produktionsutvecklingen av tekniken. GE Aviation började tillverka laserpenning av F101-fläktbladen 1998.

Efterfrågan på industriella lasersystem som krävs för att GE Aviation ska gå i produktion lockade flera av laserchockblästringsteamet på Battelle att starta LSP Technologies, Inc. 1995 som den första kommersiella leverantören av laserblästringsutrustning. Leds av grundaren Jeff Dulaney, designade och byggde LSP Technologies lasersystemen för GE Aviation för att utföra produktionslaserpenning av F101-fläktbladen. Under slutet av 1990-talet och början av 2000-talet fortsatte det amerikanska flygvapnet att arbeta med LSP Technologies för att utveckla produktionskapaciteten för laserchockblästring och implementera produktionstillverkningsceller.

I mitten av 1990-talet, oberoende av den pågående utvecklingen av laserblästring i USA och Frankrike, initierade Yuji Sano från Toshiba Corporation i Japan utvecklingen av ett laserblästringssystem som kan laserblästra svetsar i tryckkärl i kärnkraftverk för att mildra sprickbildning av spänningskorrosion i dessa områden. Systemet använde en pulsad laser med låg energi som arbetade med en högre pulsfrekvens än lasrarna med högre effekt. Laserstrålen fördes in i tryckkärlen genom ledade rör. Eftersom tryckkärlen var fyllda med vatten krävde processen inte ett vattenöverdrag över den bestrålade ytan. Strålen var dock tvungen att färdas en bit genom vattnet, vilket gjorde det nödvändigt att använda en kortare våglängdsstråle, 532 nm, för att minimera den dielektriska nedbrytningen av strålen i vattnet, istället för den 1054 nm strålen som används i USA och Frankrike. Det var också opraktiskt att överväga att använda ett ogenomskinligt överlägg. Denna process är nu känd som Laser Peening without Coating (LPwC). Det började användas på japanska kokvatten- och tryckvattenreaktorer 1999.

Också på 1990-talet bildades en betydande forskningsgrupp för laserpeening vid Madrids polytekniska universitet av José Ocaña. Deras arbete inkluderar både experimentella och teoretiska studier med lågenergipulsade lasrar både utan och med en ogenomskinlig överlagring.

Supplier Foundation and Industry Growth (1990-2000-tal)

Med det stora genombrottet för kommersiell tillämpning av laserpeening på F101 -motorn för att lösa ett stort driftsproblem, väckte laserpeening uppmärksamhet över hela världen. Forskare i många länder och industrier genomförde undersökningar för att utöka förståelsen av laserchockblästringsprocessen och effekterna av materialegenskaper. Som ett resultat genererades en stor volym forskningsdokument och patent i USA, Frankrike och Japan. Utöver det arbete som görs i dessa länder och i Spanien, har laserpenningsprogram initierats i Kina, Storbritannien, Tyskland och flera andra länder. Den fortsatta tillväxten av tekniken och dess tillämpningar ledde till uppkomsten av flera kommersiella leverantörer av laserchockblästring i början av 2000-talet.

GE Aviation och LSP Technologies var de första företagen som utförde laserpeening kommersiellt, efter att ha licensierat tekniken från Battelle. GE Aviation utförde laserblekning för sina flygmotorkomponenter och LSP Technologies marknadsförde laserchockblästringstjänster och utrustning till en bredare industriell bas. I slutet av 1990-talet Metal Improvement Company (MIC är en del av Curtis Wright Surface Technologies) med Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) för att utveckla sina egna laserblästringsfunktioner. I Japan, Toshiba Corporation utökade de kommersiella tillämpningarna av sitt LPwC-system till tryckvattenreaktorer och 2002 implementerade fiberoptisk strålleverans till undervattenslaserhuvudet. Toshiba gjorde också om laser- och strålleveransen till ett kompakt system, vilket gjorde att hela systemet kunde föras in i tryckkärlet. Detta system var klart för kommersiellt bruk 2013 MIC utvecklade och anpassade laserchockblästring för att forma vingformerna på Boeing 747-8.

Tillväxten av industriella leverantörer och kommersiella bevis på laserblästringsteknik leder till att många företag använder laserblästringsteknik för att lösa och förebygga problem. Några av företagen som har anammat laserpeening inkluderar: GE , Rolls-Royce , Siemens , Boeing , Pratt & Whitney och andra.

Under 1990-talet och fram till idag har utvecklingen av laserblästring syftat till att minska kostnaderna och öka genomströmningen för att nå marknader utanför högkostnadskomponenter med låg volym. Höga kostnader i laserblästringsprocessen var tidigare hänförliga till lasersystemets komplexitet, bearbetningshastigheter, manuellt arbete och överlagringsapplikationer. Många pågående framsteg för att ta itu med dessa utmaningar har reducerat laserblästringskostnaderna dramatiskt: laserblästringssystem är designade för att hantera robusta operationer; lasersystems pulshastigheter ökar; rutinarbete blir alltmer automatiserat; applicering av överlägg är i många fall automatiserad. Dessa minskade driftskostnader för laserblästring har gjort det till ett värdefullt verktyg för att lösa ett utökat utbud av trötthet och relaterade applikationer.

Metodbeskrivning

Laserblästring använder de dynamiska mekaniska effekterna av en stötvåg som ges av en laser för att modifiera ytan på ett målmaterial. Den använder inte termiska effekter. I grund och botten kan laserpenning åstadkommas med endast två komponenter: en transparent överlagring och ett högenergi, pulsat lasersystem. Den transparenta överlagringen begränsar plasman som bildas vid målytan av laserstrålen. Det är också ofta fördelaktigt att använda ett tunt överlägg, ogenomskinligt för laserstrålen, mellan vattenöverlägget och målytan. Denna ogenomskinliga överlagring kan ge en av eller var och en av tre fördelar: skydda målytan från potentiellt skadliga termiska effekter från laserstrålen, tillhandahålla en konsekvent yta för interaktionen mellan laserstråle och material och, om överlagringsimpedansen är mindre än målets. ytan, öka storleken på stötvågen som kommer in i målet. Det finns dock situationer där en ogenomskinlig överlagring inte används; i Toshiba-processen, LPwC, eller där avvägningen mellan minskad kostnad och eventuellt något lägre ytåterstående spänning tillåter ytlig slipning eller finslipning efter laserblästring för att ta bort det tunna termiskt påverkade lagret.

Laserblästringsprocessen har sitt ursprung i Nd-glaslasrar med hög energi som producerar pulsenergier upp till 50 J (vanligare 5 till 40 J) med pulslängder på 8 till 25 ns. Laserpunktsdiametrar på målet är vanligtvis i intervallet 2 till 7 mm. Bearbetningssekvensen börjar med att det ogenomskinliga överlägget appliceras på arbetsstycket eller målytan. Vanligt använda ogenomskinliga överläggsmaterial är svart eller aluminiumtejp, färg eller en patentskyddad vätska, RapidCoater. Tejpen eller färgen appliceras vanligtvis över hela området som ska bearbetas, medan RapidCoater appliceras över varje laserpunkt precis innan laserpulsen utlöses. Efter applicering av det ogenomskinliga överlägget placeras det transparenta överlägget över det. Det genomskinliga överlägget som används vid produktionsbearbetning är vatten; den är billig, lätt att applicera, anpassar sig lätt till de flesta komplexa ytgeometrier och är lätt att ta bort. Den appliceras på ytan precis innan laserpulsen utlöses. Kvarts- eller glasöverlägg ger mycket högre tryck än vatten, men är begränsade till plana ytor, måste bytas ut efter varje skott och skulle vara svåra att hantera i en produktionsmiljö. Klar tejp kan användas, men kräver arbete för att applicera och är svårt att anpassa till komplexa ytegenskaper. Den transparenta överlagringen tillåter laserstrålen att passera genom den utan nämnvärd absorption av laserenergin eller dielektriskt genombrott. När lasern utlöses passerar strålen genom det transparenta överlägget och träffar det ogenomskinliga överlägget, vilket omedelbart förångar ett tunt lager av överläggsmaterialet. Denna ånga fångas i gränsytan mellan de transparenta och ogenomskinliga överdragen. Den fortsatta leveransen av energi under laserpulsen värmer och joniserar snabbt ångan och omvandlar den till ett snabbt expanderande plasma. Det stigande trycket som utövas på den ogenomskinliga överlagringsytan av den expanderande plasman kommer in i målytan som en hög amplitud spänningsvåg eller stötvåg. Utan ett genomskinligt överdrag rör sig den obegränsade plasmaplymen bort från ytan och topptrycket är betydligt lägre. Om amplituden för stötvågen är över Hugoniot Elastic Limit (HEL) , dvs den dynamiska sträckgränsen för målet, materialet deformeras plastiskt under passagen av stötvågen. Storleken på den plastiska töjningen minskar med avståndet från ytan när topptrycket för stötvågen dämpas, dvs minskar, och blir noll när topptrycket faller under HEL. Efter att stötvågen passerat skapar den kvarvarande plastpåkänningen en kompressiv restspänningsgradient under målytan, högst vid eller omedelbart under ytan och minskar med djupet. Genom att variera lasereffekttätheten, pulslängden och antalet på varandra följande skott på ett område kan ett intervall av yttryckspänningsstorlekar och -djup uppnås. Storleken på ytspänningar är jämförbara med kulblästring, men djupen är mycket större och sträcker sig upp till 5 mm när man använder flera skott på en plats. I allmänhet fläcktätheter på cirka 10 fläckar/cm 2 till 40 fläckar/cm 2 appliceras. Tryckspänningsdjupet som uppnås med de vanligaste bearbetningsparametrarna sträcker sig från 1 till 2 mm (0,039 till 0,079 tum) djupt. De djupa tryckspänningarna beror på att chockvågens topptryck hålls över HEL till större djup än för andra blästringstekniker.

Det kan finnas fall där det är kostnadseffektivt att inte applicera det ogenomskinliga överdraget och laserpenna den nakna ytan på arbetsstycket direkt. När man laserbläser en bar, metallisk yta förångas ett tunt, mikrometerområde, ytmaterial. Den snabba temperaturökningen orsakar ytsmältning till ett djup som beror på pulsenergi och varaktighet och målsmältpunkt. På aluminiumlegeringar är detta djup nominellt 10–20 μm, men på stål och andra legeringar med högre smältpunkt kan djupen vara bara några mikrometer. På grund av pulsens korta varaktighet är den djupgående uppvärmningen av ytan begränsad till några tiotals mikrometer på grund av den snabba släckningseffekten av det kalla substratet. Viss ytfärgning av arbetsstycket kan förekomma, vanligtvis från oxidationsprodukter. Dessa skadliga effekter av bar ytbearbetning, både estetisk och metallurgisk, kan avlägsnas efter laserpenning genom lätt slipning eller finslipning. Med en ogenomskinlig överlagring på plats upplever målytan temperaturökningar på mindre än 50–100 °C (90–180 °F) på en nanosekundsskala.

Laserpulser appliceras i allmänhet sekventiellt på målet för att behandla områden som är större än laserpunktens storlek. Laserpulsformer är anpassningsbara till cirkulära, elliptiska, kvadratiska och andra profiler för att ge de mest bekväma och effektiva bearbetningsförhållandena. Den applicerade fläckstorleken beror på ett antal faktorer som inkluderar material-HEL, lasersystemegenskaper och andra bearbetningsfaktorer. Området som ska laserblästras bestäms vanligtvis av detaljens geometri, omfattningen av det utmattningskritiska området och överväganden om att flytta de kompenserande dragspänningarna ut ur detta område.

Den mer nyligen utvecklade laserblästringsprocessen, Toshiba LPwC-processen, skiljer sig på betydande sätt från den process som beskrivs ovan. LPwC-processen använder lågenergi, högfrekventa Nd-YAG-lasrar som producerar pulsenergier på ≤ 0,1 J och pulslängder på ≤ 10 ns , med hjälp av punktstorlekar ≤1 mm diameter. Eftersom processen ursprungligen var avsedd att fungera i stora vattenfyllda kärl, fördubblades vågfrekvensen för att halvera våglängden till 532 nm. Den kortare våglängden minskar absorptionen av strålenergi när den färdas genom vatten till målet. På grund av åtkomstbegränsningar appliceras ingen ogenomskinlig överlagring på målytan. Denna faktor, i kombination med den lilla fläckstorleken, kräver många skott för att uppnå en betydande yttryckspänning och djup på 1 mm. De första skikten som appliceras ger en dragytspänning på grund av ytsmältning, även om en tryckspänning utvecklas under smältskiktet. När fler skikt läggs till, "blöder" emellertid den ökande tryckspänningen under ytan tillbaka genom det smälta ytskiktet för att åstadkomma den önskade yttryckspänningen. Beroende på materialegenskaper och önskade tryckspänningar, i allmänhet ca 18 fläckar/mm 2 till 70 fläckar/mm 2 eller högre punktdensiteter appliceras, ungefär 100 gånger fläckdensiteterna för högpulsenergiprocessen. Effekterna av de högre punktdensiteterna på bearbetningstiderna kompenseras delvis av den högre pulsfrekvensen, 60 Hz, hos lågenergilasrarna. Nyare generationer av dessa lasersystem förväntas fungera vid högre frekvenser. Denna lågenergiprocess uppnår kompressiva restspänningsstorlekar och djup motsvarande högenergiprocessen med nominella djup på 1 till 1,5 mm (0,039 till 0,059 tum). Den mindre fläckstorleken tillåter dock inte djup djupare än detta.

Kvalitetssystem för laserpenning

Laserblästringsprocessen med datorstyrning beskrivs i AMS 2546. Liksom många andra ytförbättringstekniker är direkt mätning av resultatet av processen på arbetsstycket under bearbetning inte praktiskt praktiskt. Därför övervakas processparametrarna för pulsenergi och varaktighet, vatten och ogenomskinliga överlagringar noga under bearbetningen. Andra kvalitetskontrollsystem finns också tillgängliga som är beroende av tryckmätningar såsom elektromagnetiska akustiska givare (EMAT), hastighetsinterferometersystem för alla reflektorer (VISAR) och PVDF-mätare och plasmaradiometrar. Almen remsor används också, men de fungerar som ett jämförelseverktyg och ger inte ett definitivt mått på laserblästringsintensitet. De resulterande kvarvarande spänningarna som åstadkoms av laserblästringsprocessen mäts rutinmässigt av industrin med användning av röntgendiffraktionstekniker för processoptimering och kvalitetssäkring.

Laserblästringssystem

De initiala lasersystemen som användes under utvecklingen av laserblästring var stora forskningslasrar som gav högenergipulser vid mycket låga pulsfrekvenser. Sedan mitten av slutet av 1990-talet har lasrar utformade speciellt för laserblästring haft en stadigt mindre storlek och högre pulsfrekvenser, båda dessa mer önskvärda för produktionsmiljöer. Laserblästringssystemen inkluderar både stavlasersystem och ett plattlasersystem. Stånglasersystemen kan grovt delas in i tre primära grupper, med hänsyn till att det finns en viss överlappning mellan dem: (1) lasrar med hög energi och låg repetitionshastighet som vanligtvis arbetar med 10–40 J per puls med 8–25 ns pulslängd vid nominellt 0,5–1 Hz repfrekvens, nominella fläckstorlekar på 2 till 8 mm; (2) lasrar med mellanenergi, mellanliggande upprepningshastighet som arbetar vid 3–10 J med 10–20 ns pulsbredd vid 10 Hz repfrekvens, nominella fläckstorlekar på 1–4 mm; (3) lasrar med låg energi och hög repetitionshastighet som arbetar vid ≤ 1 J per puls med ≤10 ns pulslängd vid 60+ Hz repfrekvens, ≤ 1 mm fläckstorlek. Plattlasersystemet fungerar i intervallet 10–25 J per puls med 8–25 ns pulslängd vid 3–5 Hz repfrekvens, nominella fläckstorlekar på 2–5 mm. De kommersiella systemen inkluderar stavlasrar representerade av alla tre grupperna och skivlasersystemet.

För varje laserblästringssystem riktas den utgående strålen från lasern in i en laserblästringscell som innehåller arbetsstyckena eller delarna som ska bearbetas. Penningscellen innehåller delhanteringssystemet och tillhandahåller den säkra miljön som krävs för effektiv kommersiell laserpenning. Delarna som ska bearbetas införs vanligtvis i cellen i omgångar. Delarna plockas sedan och placeras i strålgången av robotar eller andra skräddarsydda delhanteringssystem. Inom arbetscellen riktas strålen mot arbetsstyckets yta via en optisk kedja av speglar och/eller linser. Om tejp används, appliceras den innan delen kommer in i arbetscellen, medan vatten eller RapidCoater-överlägg appliceras inuti cellen individuellt för varje punkt. Arbetsstycket, eller ibland laserstrålen, ompositioneras för varje skott vid behov via en robot eller annat delhanteringssystem. När de valda områdena på varje del har bearbetats ersätts partiet i arbetscellen med en annan.

Processeffekt

Den stötvågsgenererade kallarbetet (plastisk töjning) i arbetsstyckets material skapar kvarvarande tryck- och dragspänningar för att upprätthålla ett jämviktstillstånd för materialet. Dessa restspänningar är kompressiva på arbetsstyckets yta och avtar gradvis till låga dragspänningar under och omger det laserblästrade området. Det kalla arbetet härdar också ytskiktet. De återstående tryckspänningarna, och i mindre utsträckning, kallarbetet, från laserblästring har visat sig förhindra och mildra hög cykelutmattning (HCF), lågcykelutmattning (LCF), spänningskorrosionssprickor, slittrötthet och i viss mån, slitage och korrosionsgropar . Det är enastående när det gäller att mildra skador på främmande föremål i turbinblad.

Plastbelastningen som introduceras av laserblästring är mycket lägre än den som introduceras av andra slagblästringstekniker. Som ett resultat har den kvarvarande plaststammen mycket större termisk stabilitet än de mer kallbearbetade mikrostrukturerna. Detta gör att de laserblästrade tryckspänningarna kan bibehållas vid högre driftstemperaturer under långa exponeringar än vad som är fallet för andra teknologier. Bland de applikationer som drar nytta av detta är gasturbinfläktar och kompressorblad och kärnkraftverkskomponenter.

Genom att förbättra materialprestandan möjliggör laserpenning effektivare design som minskar vikten, förlänger komponenternas livslängd och ökar prestandan. I framtiden förväntas laserblästring ingå i utformningen av utmattningskritiska komponenter för att uppnå längre livslängd, lägre vikt och kanske en enklare design att tillverka.

Andra tillämpningar av laserblästringstekniker

Ursprungligen kallades användningen av laserinducerade stötvågor på metaller för att uppnå egenskaps- eller funktionsfördelar som laserchockbehandling, en bredare, mer inkluderande term. Som det hände var laserblästring den första kommersiella aspekten av laserchockbehandling. Laserinducerade stötvågor har emellertid funnit användning i andra industriella tillämpningar utanför ytförbättringstekniker.

En applikation är för metallformning eller formning. Genom att selektivt laserchockera områden på ytan av metallplåtar eller plåtar, eller mindre föremål såsom bärytor, orsakar de tillhörande kompressionsrestspänningarna materialet att böjas på ett kontrollerbart sätt. På detta sätt kan en speciell form förlänas till en komponent, eller en förvrängd komponent kan återföras till den önskade formen. Således kan denna process föra tillbaka tillverkade delar till designtoleransgränser och forma tunna sektionsdelar.

En annan variant är att använda stötvågen för spallationstestning av material. Denna applikation är baserad på stötvågornas beteende att reflektera från den bakre fria ytan av ett arbetsstycke som en dragvåg. Beroende på materialegenskaperna och stötvågsegenskaperna kan den reflekterade dragvågen vara tillräckligt stark för att bilda mikrosprickor eller tomrum nära bakytan, eller faktiskt "blåsa av" eller spricka material från bakytan. Detta tillvägagångssätt har ett visst värde för att testa ballistiska material.

Användning av laserstötar för att mäta bindningsstyrkan hos beläggningar på metaller har utvecklats under en period av år i Frankrike, kallad LASAT for Laser Adhesion Test. Denna applikation är också baserad på stötvågornas beteende att reflektera från den bakre fria ytan av ett arbetsstycke som en dragvåg. Om den bakre ytan är belagd med en vidhäftande beläggning, kan dragvågen skräddarsys för att bryta bindningen vid reflektion från ytan. Genom att styra stötvågens egenskaper kan beläggningens bindningsstyrka mätas eller alternativt bestämmas i jämförande mening.

Noggrann anpassning av stötvågens form och intensitet har också möjliggjort inspektion av sammanfogade kompositstrukturer via laserchocker. Tekniken, kallad Laser Bond Inspection, initierar en stötvåg som reflekteras från baksidan av en bunden struktur och återvänder som en dragvåg. När dragvågen passerar tillbaka genom den vidhäftande bindningen, beroende på bindningens styrka och spänningsvågens maximala dragspänning, kommer dragvågen antingen att passera genom bindningen eller bryta den. Genom att kontrollera trycket från dragvågen kan denna procedur på ett tillförlitligt sätt lokalt testa vidhäftningsstyrkan mellan bundna fogar. Denna teknik finns oftast vid tillämpning på bonded fiberkompositmaterialstrukturer men har också visat sig vara framgångsrika i att utvärdera bindningar mellan metallkompositmaterial. Grundläggande frågor studeras också för att karakterisera och kvantifiera effekten av stötvåg producerad av laser inuti dessa komplexa material.

Se även

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Laser_peening&oldid=1113837329 "