Nakala hii inakagua maendeleo ya utafiti wa teknolojia ya kufunika kwa laser, inayofunika kanuni za msingi za kufunika kwa laser, uteuzi wa nyenzo, udhibiti wa vigezo vya mchakato, usanidi wa vifaa na matumizi ya viwandani. Kufunika kwa laser kuna matarajio makubwa ya matumizi katika kuboresha utendakazi wa uso wa nyenzo kwa sababu ya ukanda wake mdogo ulioathiriwa na joto na nguvu ya juu ya kuunganisha. Makala yanaangazia vigezo vya uteuzi wa nyenzo za kufunika leza, hali ya utafiti na ukuzaji wa nyenzo za chuma/kauri/composite, inachanganua mkakati wa uboreshaji wa vigezo vya ulinzi wa leza/skanning/gesi, inajadili mwelekeo wa ukuzaji wa vifaa kama vile leza/nozzles/control. mifumo, na kuorodhesha mifano ya maombi katika anga, gari, madini na nyanja zingine. Ubunifu zaidi wa teknolojia ya ufunikaji wa leza na vifaa utakuza jukumu muhimu la teknolojia hii katika kupunguza gharama za mzunguko wa maisha na kuboresha kutegemewa kwa bidhaa.

Teknolojia ya ufunikaji wa laser ni teknolojia inayotumia leza ya nguvu ya juu kama chanzo cha joto kuyeyusha nyenzo ya kufunika na kisha kuiweka kwenye uso wa nyenzo za kufunika ili kutoa safu ya kufunika. Ikilinganishwa na teknolojia ya kitamaduni ya ufunikaji, ufunikaji wa leza una faida za eneo dogo lililoathiriwa na joto, nguvu ya juu ya kuunganisha, na karibu hakuna uboreshaji wa nyenzo za kufunika, ambazo zinaweza kufikia ukarabati wa usahihi wa ndani. Safu ya kufunika ya laser ina muundo wa gradient na substrate, ambayo inafaa kwa kupunguza mkazo wa joto na mkazo wa mabaki na kuboresha nguvu za kuunganisha. Tangu teknolojia ya kufunika laser ilipendekezwa katika miaka ya 1960, pamoja na maendeleo ya teknolojia ya laser na sayansi ya vifaa, imekuwa teknolojia muhimu inayotumiwa sana katika uwanja wa uhandisi wa uso.

Ikilinganishwa na ufunikaji wa tochi ya gesi, ufunikaji wa leza una eneo nyembamba lililoathiriwa na joto, mkazo mdogo wa mabaki, na athari kidogo ya mafuta kwenye substrate. Ikilinganishwa na kunyunyizia plasma, safu ya laser cladding ni svetsade kwa substrate na ina nguvu ya juu ya kuunganisha. Ikilinganishwa na vifuniko vya boriti ya elektroni, vifuniko vya laser vinaweza kuendeshwa bila utupu na ni rahisi kujiendesha. Kwa ujumla, ufunikaji wa leza huchanganya faida za msongamano mkubwa wa nguvu, mgongano mkali, na unyumbufu wa udhibiti wa juu wa leza wakati wa mchakato wa kufunika, na kuifanya kuwa na faida dhahiri katika urekebishaji wa uso wa nyenzo.

Teknolojia ya kufunika kwa laser inaweza kuunda mipako na muundo maalum na mali juu ya uso wa chuma au vifaa visivyo vya chuma, na kufikia upinzani wa kipekee wa kuvaa, upinzani wa kutu, upinzani wa oxidation, upinzani wa joto la juu, upinzani wa uchovu na kazi nyingine nyingi za uso wa nyenzo. , ambayo huongeza sana safu ya matumizi ya nyenzo. Teknolojia ya ufunikaji wa laser imekuwa ikitumika sana katika nyanja nyingi za kiviwanda kama vile anga, magari, ukungu, madini, mashine, kemikali, voltaiki, biomedicine, n.k., ambayo ni ya umuhimu mkubwa katika kuboresha utendaji wa bidhaa na maisha.

1 Utafiti juu ya vifaa vya kufunika laser

1.1 Uteuzi na sifa za vifaa vya kufunika laser
Kuchagua nyenzo zinazofaa za kufunika ni muhimu ili kupata tabaka za ubora wa juu. Kwa ujumla, utendakazi bora wa ufyonzaji wa leza unahitajika, na vigezo kama vile kiwango myeyuko, msongamano, mtawanyiko, na mkazo uliobaki wa nyenzo huzingatiwa. Nyenzo zinazotumiwa kwa kawaida ni pamoja na poda za chuma (msingi wa cobalt, nikeli, n.k.), poda za kauri (oksidi ya alumini, carbudi ya silicon, n.k.), na misombo ya awali ya alloyed au michanganyiko iliyofanywa kwa nyenzo zilizo hapo juu. Nyenzo za kazi za gradient pia zinaweza kuundwa kwa kutumia vifaa tofauti.

Mbali na utendaji mzuri wa kunyonya laser, vifaa vya kufunika pia vinahitaji kuwa na kiwango cha wastani cha kuyeyuka, utulivu wa juu, unyevu mzuri na kuunganisha metallurgiska na substrate. Vifaa vya kufunika chuma vinaweza kutoa ductility nzuri na wiani, wakati vifaa vya kufunika kauri vina ugumu wa juu na utulivu wa kemikali. Kwa kuchagua nyenzo kwa busara, safu ya kufunika iliyo na mali nyingi inaweza kupatikana.

1.2 Kazi na utendaji wa vifaa vya kufunika laser
Kwa kuchagua mbalimbali laser cladding vifaa, ugumu bora, upinzani kuvaa, upinzani ulikaji, upinzani mafuta uchovu, upinzani oxidation, upinzani joto, biocompatibility, nk inaweza kupatikana, kutoa uso wa nyenzo cladding kina utendaji bora. Utendaji wa safu ya kufunika inahusiana kwa karibu na vipengele kama vile muundo wa nyenzo na ukubwa wa vipengele, vigezo vya mchakato wa leza, n.k. Kwa mfano, kwa kuchagua nyenzo zenye mchanganyiko wa chuma-kauri kama vile WxC-NiCrBSi, safu inayostahimili vazi. na ductility zote mbili za chuma na ugumu wa juu wa kauri unaweza kupatikana. Kwa kutumia nyenzo za kufunika aloi za Inconel 718, safu ya kufunika inayostahimili kutu na inayokinza oksidi inaweza kupatikana. Nyenzo za kufunika nitridi za boroni zinaweza kutoa ugumu wa juu sana wa uso. Nyenzo za aloi za titani zinaweza kupata tabaka bora zinazoendana na kibayolojia.

1.3 Hali ya utafiti na mwenendo wa ukuzaji wa nyenzo za kufunika kwa leza
Muundo wa nyenzo za kufunika kwa laser ni jambo muhimu sana linaloathiri utendaji wa mipako ya kufunika. Kadiri mazingira ya utumiaji wa sehemu za uhandisi yanavyozidi kuwa ngumu zaidi na ngumu, kazi za mipako zinahitajika kuwa tofauti zaidi na utendakazi unakuwa bora na bora. Kwa hiyo, nyenzo moja ya mipako haiwezi tena kukidhi mahitaji ya maombi. Mchanganyiko wa vifaa vya mipako imekuwa njia muhimu sana kwa watu kutatua tatizo hili.

Kwa sasa, kawaida kutumika laser cladding nyenzo formula ni: binafsi fluxing alloy vifaa, CARBIDE utawanyiko au vifaa Composite, Composite kauri vifaa, nk Aina hii ya nyenzo ina upinzani bora kuvaa, upinzani kutu, upinzani joto na mali nyingine, na hutumika sana katika madini, vifaa vya baharini, anga, nguvu za nyuklia na nyanja zingine. Kwa hivyo, utafiti juu ya fomula za nyenzo za kufunika kwa laser umepokea uangalifu wa karibu kutoka kwa wasomi wa nyumbani na nje ya nchi.

Kimataifa, utafiti wa nyenzo za jadi za kufunika chuma kama vile aloi zenye msingi wa nikeli, zenye msingi wa kobalti na titani umekomaa kiasi, na kwa sasa umejitolea katika uundaji wa aloi za halijoto ya juu na aloi zinazofanya kazi za gradient. Nyenzo za kawaida za kufunika kauri kama vile alumina na nitridi ya silicon zina utendakazi thabiti. Utafiti uliopo unachunguza viunzi vya kauri vinavyostahimili oksidi ya halijoto ya juu. Kuna tafiti nyingi juu ya vifaa vya kufunika vya chuma-kauri, ambavyo vina faida za ugumu wa chuma na ugumu wa kauri, na pia kuna majaribio ya kutumia nyenzo za bioactive katika uwanja wa matibabu. Nchi zilizoendelea kiteknolojia kama vile Ulaya, Marekani, Japan na Korea Kusini zimefanya utafiti juu ya teknolojia ya uwekaji wa laser mapema. Miongoni mwao, Taasisi ya Fraunhofer ya Teknolojia ya Laser nchini Ujerumani imefanya utafiti wa kimsingi juu ya ufunikaji wa leza wa nyenzo mbalimbali za chuma kama vile aloi za titanium, aloi za alumini, aloi za kromiamu, n.k.; Maabara ya Kitaifa ya Oakridge nchini Marekani imejitolea kuendeleza mifumo ya ufunikaji wa leza yenye ufanisi na ya gharama nafuu; makampuni mengi ya Kijapani, kama vile Sumitomo Heavy Industries na Mitsubishi Heavy Industries, pia yanajishughulisha na utafiti na uundaji na utengenezaji wa vifaa vya kutengeneza viongezeo vya leza.

Vifaa vya jadi vya kufunika chuma hutumiwa sana nchini China. Tangu mwaka wa 2010, taasisi za utafiti na vyuo vikuu kama vile Chuo Kikuu cha Beijing cha Aeronautics na Astronautics, Chuo Kikuu cha Northwestern Polytechnical na Taasisi ya Automation ya Shenyang ya Chuo cha Sayansi cha China vimepata maendeleo makubwa katika teknolojia ya kufunika kwa leza. Kwa sasa, lengo ni juu ya maombi ya viwanda, na utafiti umefanywa juu ya urekebishaji wa blade ya injini ya ndege, vifaa vya chuma vya kazi vya gradient, mipako ya kiwanja cha intermetallic, nk, na baadhi ya teknolojia zimefikia kiwango cha juu cha kimataifa. Kampuni za ndani kama vile Shenzhen Guangyun Laser pia zinaendelea kwa kasi. Kwa sasa, ujanibishaji wa vifaa vya kufunika kauri umefanya maendeleo fulani, lakini bado kuna pengo kutoka kwa vifaa vya juu vya utendaji; utafiti juu ya vifaa vya ufunikaji wa mchanganyiko ulianza kuchelewa na unaendelea kutoka kwa uigaji hadi muundo huru.

Kuangalia siku zijazo, vifaa vya kufunika laser nyumbani na nje ya nchi vinakua kutoka kwa jadi hadi kwa ubunifu. Mtazamo wa utafiti unakuzwa kutoka nyenzo moja hadi vifaa vya mchanganyiko, haswa vifaa vya mchanganyiko wa chuma-kauri, ili kupata utendakazi bora zaidi. Wakati huo huo, nyenzo mpya za kufunika zinazofaa kwa mazingira maalum pia zinatengenezwa, kama vile aloi zinazostahimili oksidi ya joto la juu, vifaa vinavyoendana na kibiolojia, n.k.

2 Utafiti juu ya mchakato wa kufunika kwa laser

2.1 Kanuni za msingi za mchakato wa kufunika kwa laser
Laser huwasha nyenzo za kufunika ili kuunda dimbwi la kuyeyuka. Nyenzo ya kufunika iliyoyeyushwa hupenya ndani ya uso wa nyenzo za kufunika kupitia hatua ya kapilari, na kisha kuganda haraka ili kufikia kuunganisha kwa kuyeyuka kati ya nyenzo. Mchakato wa kufunika unaweza kugawanywa katika hatua tatu: matibabu ya awali, kufunika, na baada ya matibabu. Matibabu ya awali ni pamoja na kusafisha substrate na kuboresha uso
ukali. Hatua ya kufunika ni hatua muhimu katika kuunda safu ya kufunika. Matibabu ya baada ya matibabu ni pamoja na matibabu ya joto ili kuondoa matatizo ya mabaki, nk.

2.2 Mambo yanayoathiri na mbinu za utoshelezaji za mchakato wa kufunika kwa laser
Sababu kuu za ushawishi wa mchakato wa kufunika kwa laser ni vigezo vya leza, kasi ya skanning, vigezo vya pua, ulinzi wa gesi, n.k. Mkakati wa udhibiti na uboreshaji wa vigezo vya mchakato wa cladding ya laser ndio ufunguo wa kupata tabaka za ubora wa juu. Kwa vigezo kuu vya mchakato, watafiti wamependekeza mikakati mingi ya kurekebisha na kudhibiti. Kwa mfano, kwa suala la vigezo vya laser, morphology ya bwawa iliyoyeyuka zaidi hupatikana kwa kuongeza nguvu ya laser. Utafiti huo uligundua kuwa kulinganisha urefu wa mawimbi ya leza kunaweza kuboresha ufanisi wa ufyonzaji wa laser wa vifaa maalum vya kufunika. Kwa upande wa mwelekeo wa skanning, athari za njia tofauti za skanning kwenye uundaji wa bwawa la kuyeyuka hulinganishwa, na matokeo yanaonyesha kuwa utambazaji wa orthogonal unaweza kuzingatia ufanisi wa skanning na uthabiti wa bwawa la kuyeyuka. Kuhusu ulinzi wa sindano ya gesi, udhibiti mzuri wa anga hupatikana kwa kuboresha mtiririko wa gesi na shinikizo. Kwa ujumla, mkakati wa uboreshaji wa kigezo cha mchakato wa kufunika kwa laser umeanzishwa. Kupitia udhibiti ulioratibiwa wa vigezo muhimu kama vile mfumo wa leza, modi ya skanning, ulinzi wa gesi, n.k., mchakato wa kufunika unaweza kurekebishwa kwa usahihi, na ubora na uthabiti wa kufunika vinaweza kuboreshwa kwa kiasi kikubwa.

3 Utafiti juu ya vifaa vya kufunika laser
Vifaa vya kufunika kwa laser vinarejelea vifaa maalum vinavyotumika kutekeleza teknolojia ya kufunika kwa laser. Inajumuisha chanzo cha laser, mfumo wa macho, mfumo wa dawa, nafasi ya kazi na mfumo wa kusonga, kifaa cha dawa ya unga, benchi ya kazi na mfumo wa udhibiti. Kama vifaa muhimu vya kutambua mchakato wa ufunikaji wa laser, maendeleo ya kiteknolojia ya vifaa vya ufunikaji wa laser huathiri moja kwa moja ubora wa ufunikaji na uwezo wa mchakato.

Laser za kawaida ni pamoja na leza za CO2, leza za nyuzinyuzi, leza za semiconductor, n.k. Kama chanzo kikuu cha mwanga cha ufunikaji wa leza, nguvu ya pato, urefu wa urefu wa mawimbi, ubora wa boriti na uthabiti wa uendeshaji wa leza ni viashirio muhimu vya kiufundi vya kuhakikisha ubora wa ufunikaji. Katika siku zijazo, utafiti na ukuzaji wa leza utazingatia uboreshaji wa nguvu za pato, uboreshaji wa ubora wa boriti, uimarishaji wa uthabiti wa kufanya kazi na upanuzi wa safu ya urefu wa mawimbi ili kukidhi mahitaji ya usindikaji bora zaidi na uliosafishwa wa ufunikaji wa laser.

Mfumo wa kunyunyizia huathiri moja kwa moja ufanisi wa kusambaza wa nyenzo za kufunika. Muundo wa uboreshaji wa pua, ufuatiliaji wa mtandaoni wa kuchakata na udhibiti wa uwanja wa halijoto ni teknolojia kuu za kifaa. Vifaa vipya kama vile vichwa vipya vya kuchanganua na uunganisho wa laser nyingi vinajitokeza kwa mtiririko usio na mwisho. Maendeleo haya ya kiteknolojia yamekuza maendeleo ya ufunikaji wa usahihi wa laser. Katika siku zijazo, utafiti juu ya mfumo wa kunyunyizia dawa utazingatia muundo wa uboreshaji wa muundo wa ndani, kupitishwa kwa nyenzo zinazostahimili kutu zenye joto la juu, na ukuzaji wa mifumo ya haraka ya kubadili pua nyingi ili kuboresha maisha na uwezo wa kubadilika. nozzles, na hivyo kuboresha ufanisi wa matumizi ya malighafi ya kufunika.

Ngazi ya akili ya mfumo wa udhibiti inahusiana na utulivu na ubora wa uso wa cladding. Mwelekeo wa maendeleo ya mfumo wa udhibiti katika siku zijazo ni kujenga utaratibu wa akili wa kudhibiti kitanzi, kuunganisha algoriti za kijasusi kwa uboreshaji wa vigezo, kuimarisha muundo wa miingiliano ya mwingiliano wa kompyuta na binadamu, na kutambua kazi za kidijitali na akili kama vile ufuatiliaji wa mbali na utabiri wa hali, ili kufikia udhibiti sahihi na uboreshaji wa ubora wa mchakato wa kufunika.

Kwa muhtasari, mwelekeo wa ukuzaji wa vifaa vya kufunika leza ni kuboresha nguvu na uthabiti wa pato la leza, kutambua udhibiti sahihi wa pua, na kukuza mifumo ya akili ya kudhibiti ili kutekeleza ufunikaji wa ubora wa leza wa maumbo changamano. Ubunifu shirikishi na ukuzaji wa teknolojia ya leza, mifumo ya kunyunyizia dawa, na mifumo ya udhibiti itakuza mageuzi ya vifaa vya kufunika leza kuelekea ufanisi wa hali ya juu, uthabiti na akili ili kukidhi mahitaji ya siku za usoni ya utumizi wa leza na mahitaji ya juu ya utendakazi.

4 Matarajio ya matumizi na maendeleo ya teknolojia ya uwekaji wa laser katika nyanja mbalimbali
Kwa sababu ya sifa zake sahihi na za ufanisi, teknolojia ya kufunika kwa laser imeonyesha faida kubwa za matumizi na uwezo wa maendeleo katika anga, gari, madini na nyanja zingine. Katika uwanja wa angani, teknolojia ya ufunikaji wa leza inaweza kutumika katika uimarishaji wa uso wa vipengele muhimu kama vile blade za turbine ya gesi, nozi na diski za turbine ili kutoa mipako ya hali ya juu ya kuzuia uvaaji na joto la juu, ambayo inaboresha huduma kwa kiasi kikubwa. maisha ya vipengele. Ikilinganishwa na michakato ya kitamaduni, uwekaji wa laser una sifa ya ukanda mdogo wa usindikaji wa joto ulioathiriwa na nguvu ya juu ya kuunganisha, ambayo inafaa sana kwa utengenezaji wa nyongeza wa uso na ukarabati wa vifaa vya anga. Maendeleo zaidi ya teknolojia hii yatapunguza sana gharama ya matengenezo katika uwanja wa anga.

Katika uwanja wa utengenezaji wa magari, vifuniko vya laser vinaweza kutumika kuimarisha sifa za uso wa vifaa muhimu kama vile vali za injini, vijiti vya kuunganisha, camshafts, nk, na kuongeza upinzani wa kuvaa na upinzani wa kutu. Maisha ya huduma na uaminifu wa vipengele vile muhimu vitaboreshwa kwa kiasi kikubwa, ambayo itasaidia kupunguza mzunguko wa matengenezo na kupunguza gharama ya jumla ya mzunguko wa maisha ya gari.

Katika uwanja wa sekta ya metallurgiska, teknolojia ya laser cladding inaweza kufikia ukarabati wa uso na ulinzi, ukarabati wa sehemu na kutengeneza upya, matibabu ya aloi ya uso, utengenezaji wa vifaa vya mchanganyiko, matibabu ya marekebisho ya ndani na mabadiliko ya vifaa vya jadi. Kwa upande wa ukarabati wa uso na ulinzi, teknolojia ya ufunikaji wa laser huongeza upinzani wa kuvaa na upinzani wa kutu wa vifaa na huongeza maisha ya huduma ya vifaa kwa kufunika aloi maalum kwenye nyuso zilizoharibiwa. Kwa ajili ya ukarabati na uundaji upya wa vipengele muhimu, teknolojia ya kuunganisha laser inaweza kurejesha muundo wa awali na kazi kwa kuchagua joto na kufunika vifaa vya alloy vinavyofaa, na hivyo kutambua utumiaji wa vipengele. Matibabu ya aloi ya uso hutumia teknolojia ya kufunika kwa laser ili kufunika nyenzo maalum za aloi kwenye uso wa nyenzo za chuma, na hivyo kuboresha ugumu, upinzani wa kuvaa na upinzani wa kutu na kukidhi mahitaji maalum ya mchakato. Matumizi ya teknolojia ya laser cladding kutengeneza vifaa vya mchanganyiko inaweza kufikia matumizi ya kina ya sifa tofauti kwa kufunika vifaa tofauti vya unga, na hivyo kupanua uwanja wa matumizi ya vifaa vya metallurgiska. Wakati huo huo, teknolojia ya ufunikaji wa leza inaweza kufikia matibabu ya urekebishaji wa ndani kama vile ugumu, uwekaji anneal na kuzima, kutoa utendakazi uliobinafsishwa kwa nyenzo za metallurgiska. Kwa kuongeza, ukarabati na mabadiliko ya vifaa vya jadi pia vinaweza kupatikana kupitia teknolojia ya laser cladding, ambayo inaboresha kwa kiasi kikubwa utendaji na maisha ya vifaa kwa kuunda safu mpya ya alloy juu ya uso wa nyenzo.

Pamoja na ukomavu unaoendelea wa teknolojia na vifaa vya kufunika laser, uwanja wake wa matumizi pia utapanuka hadi nyanja zingine za viwandani kama vile mafuta ya petroli, tasnia ya kemikali, nishati ya umeme, usafirishaji wa reli, n.k., na matarajio ya soko ni mapana. Ubunifu unaoendelea wa teknolojia hii utapunguza kwa kiasi kikubwa gharama za matengenezo ya vifaa katika tasnia mbalimbali na kuboresha ufanisi wa uzalishaji.

Hitimisho la 5

Kama njia sahihi na bora ya urekebishaji wa uso, teknolojia ya kufunika kwa leza imeonyesha uwezekano mkubwa wa matumizi na matarajio ya maendeleo. Faida zake za kipekee ni ukanda mdogo ulioathiriwa na joto, nguvu ya juu ya kuunganisha, udhibiti wa mchakato rahisi, nk, ambayo inaweza kutambua mabadiliko sahihi ya kazi ya uso wa nyenzo. Baada ya miongo kadhaa ya maendeleo, teknolojia ya ufunikaji wa leza imetumika kwa mafanikio katika nyanja muhimu kama vile anga, gari, madini, n.k., kuboresha sana maisha ya huduma na kutegemewa kwa vipengele vya msingi.

Pamoja na maendeleo zaidi ya teknolojia ya leza na utengenezaji wa vifaa, teknolojia ya ufunikaji wa leza bado inakabiliwa na changamoto katika kupunguza zaidi gharama za vifaa, kutambua ufunikaji wa muundo wa tabaka nyingi, na kupanua wigo wa vifaa vya utumiaji. Tatizo la ulinganishaji wa mfumo wa nyenzo na udhibiti thabiti na unaorudiwa wa ubora wa kufunika pia unahitaji kuboreshwa kila mara. Hata hivyo, matarajio ya matumizi ya teknolojia hii ni mapana sana, ikiwa ni pamoja na ukarabati wa vipengele vya sehemu za moto za injini za anga, uboreshaji wa uso wa injini za magari, na ukarabati wa vifaa vya nguvu za maji. Teknolojia ya ufunikaji wa laser hakika itachukua jukumu muhimu katika kuboresha kuegemea kwa bidhaa na kupunguza gharama za mzunguko wa maisha kupitia uvumbuzi unaoendelea wa vifaa na michakato.