Дик Рили, региональный менеджер по продажам Восточного побережья, Ophir Photonics
На протяжении многих лет для термической обработки металлов использовались различные подходы, обычно в больших печах, где весь объект подвергался процессу нагрева. Этот метод может потреблять значительное количество энергии и не является полезным подходом при тепловой обработке определенной области или части оборудования. Использование лазеров для выполнения этого процесса термообработки стало общепринятым подходом. Понимание формы луча, равномерность его интенсивности и чистота оптики доставки - все это играет роль и может существенно повлиять на эффективность подхода.
Производитель цилиндров локомотивного двигателя применял процесс термообработки. В этом случае важно было убедиться, что доставленный луч соответствует спецификациям в начале процесса. Форма, размер и однородность луча были графически отображены, количественно определены и установлены в качестве базовой линии с использованием Программное обеспечение Ophir-Spiricon BeamGage® для профилирования луча.
Одним из ключевых преимуществ термической обработки лазером является локальный нагрев, но осуществляемый единообразно. При термообработке это означает, что наличие относительно равномерного верхнего луча необходимо для равномерного нагрева и охвата целевой области. Без этой визуализации и количественного анализа процесс термообработки может давать неоднородные результаты; это может привести к тому, что цилиндр после сборки будет забракован, что увеличивает затраты на общие производственные усилия.
Изготовителю цилиндра также необходимо знать значения плотности мощности / см2 лазерного луча. При калибровке диагностики луча по выходной мощности с помощью программного обеспечения BeamGage полученное изображение обеспечивало плотность мощности луча в точках на луче. Значимость этого значения заключалась в том, что, если плотность мощности луча не достигала необходимого уровня, тепло лазерного луча проникает в материал цилиндра, специальный композит из высокопрочной стали, на глубину, необходимую для правильно влияет на структуру зерна, что приводит к преждевременному выходу из строя в конечном цилиндре.
В этом примере программное обеспечение BeamGage было откалибровано по измеренной выходной мощности лазера, которая составляет 6 кВт. Плотность мощности / см2 для полного луча отображается в левой части графика. На этом изображении луч доставляет в своей точке контакта на материале 1330 Вт / см2 и является довольно равномерным из стороны в сторону, что является существенным требованием для равномерного нагрева.
Другой аспект лазерной термической обработки связан с уделением внимания оптике доставки лазерного луча. Этот процесс может выполняться в чистых помещениях или на литейных заводах. В этом случае компоненты двигателя обрабатываются в литейной среде, поэтому необходимо регулярно очищать подающую оптику лазера, чтобы обеспечить правильность размера, формы и интенсивности доставляемого луча.
Грязная оптика, такая как поворотные зеркала, подающая оптика или лазерное покровное стекло, воздействуют на луч - как правило, расширяя размер луча и уменьшая доставленную мощность до целевой точки. В любом случае результат на цилиндре во время термообработки нежелателен.
Благодаря измерению луча и графическому анализу мы можем видеть разницу между до и после простой очистки конечного покровного стекла над оптикой лазерного излучения. Это покровное стекло является наиболее часто поражаемой поверхностью; окружающая пыль и грязь от лазерного процесса накапливаются на защитном стекле и требуют регулярной очистки. Частота очистки будет определяться путем сравнения производительности луча на периодической основе, например, один раз в день, и затем определения того, сколько времени между чистками может быть допущено, прежде чем ухудшение качества луча не соответствует спецификации.
На рисунке 1 луч был профилирован с установленным защитным стеклом лазера и не очищался в течение нескольких дней. Очевидно, что верхняя часть луча неоднородна по своей интенсивности и имеет различный профиль как по оси X, так и по оси Y. В процессе, в котором обрабатываемая оптика движется вокруг, при движении в направлении X по сравнению с направлением Y движения термообработки будут получены существенно отличающиеся результаты. Это очень нежелательный результат.
Рисунок 1. Профиль луча при термообработке цилиндра с грязным лазерным покровным стеклом; вершина луча не является однородной по интенсивности.
Чтобы продемонстрировать эффект тщательной очистки конечного покровного стекла над головкой подачи лазерной оптики, стекло было очищено и установлено заново. Те же 6 кВт мощности были доставлены. На рисунке 2 показаны размер, форма и интенсивность луча, подтверждая, что эта процедура привела к весьма желательному эффекту - гораздо более равномерной диаграмме направленности.
Рисунок 2. Профиль луча при термообработке цилиндра после очистки покровного стекла показывает гораздо более равномерный рисунок луча .
Следующим шагом в этом процессе является очистка любой другой оптики на пути доставки луча, чтобы гарантировать отсутствие каких-либо негативных последствий. Для этой оптики можно выполнить ту же процедуру, что и описанная выше: определить частоту, с которой необходимо выполнить этот процесс, чтобы обеспечить постоянную и непрерывную работу лазера в соответствии со спецификацией.
Доставка равномерного, согласованного луча
Использование программного обеспечения для профилирования и диагностики лазерного луча в процессе термической обработки на основе лазера помогло этому производителю цилиндров локомотивного двигателя обеспечить равномерный, однородный по своей форме пучок и необходимую плотность мощности для достижения желаемой зернистой структуры стального композита. обработанный. Как правило, термическая обработка стальных композитов, используемых в высокотемпературных применениях, должна подвергаться термической обработке, чтобы уменьшить размер зернистой структуры в 100 раз. Это приводит к получению стали, которая физически прочнее и не будет деформироваться в кельвинских средах. Это также устраняет вероятность хрупкости, которая связана с необработанной сталью.
Основным преимуществом использования диагностики лазерного луча в процессе термообработки является экономия средств. Общий подход к проверке того, что процесс нагрева дал правильную структуру усиления внутри металла и проник в материал на надлежащую глубину, заключается в разрушающем испытании с использованием тщательного металлургического анализа. Этот процесс требует удаления статистической выборки из производственной партии и уничтожения продукта путем производства нескольких купонов, которые представляют общую обработанную область. Эти купоны затем обрабатываются с помощью различных металлургических испытаний, которые, как правило, требуют много времени, являются дорогостоящими, и по самой своей природе результаты отстают от скорости производственной линии. При лазерной термообработке дорогостоящий разрушающий процесс испытаний может быть сокращен по объему или по частоте, что обеспечивает значительную экономию затрат для производителя.
Читать как PDF
