Table of Contents

Fasteners הם בין הרכיבים הקריטיים ביותר בכל מקום ב Assemblies מונדסים.מבורגים מחזיקים כנפיים מטוסים יחד לבורגים לאבטחת שתלים רפואיים, הביצועים שלהם משפיעים ישירות על בטיחות, אמינות, וחיי שירות. טיפולים על פני השטח המסורתיים - כגון אלקטרופלינג, שיפור phosphating, או diffusion תרמי - כבר בשימוש כדי לשפר את ההתנגדות קורוזית, ללבוש, ולהוביל תכונות מתקדמות יותר, כמו ציפוי לייזר, לעתים קרובות, כמו ציפוי מתקדם יותר, עם תכונות מתקדמות יותר, עם נטייה גבוהה יותר, עם נטייה מהירה יותר, עם נטייה מתקדמת.

הבנה לייזר

ציפוי לייזר הוא תהליך ייצור תוספתי המשתמש קרן לייזר ממוקדת כדי להמיס חומר ניזונים - באופן חד-משמעי אבקה או טופס חוט - על מנת תת-קרקעית. חומר מלוטש במהירות כדי ליצור שכבה צפופה, מתכתיבית קשורה באופן מתכתי. בניגוד לעיכובים או ציפויים תרמיים, את החום ב cladding לייזר הוא מקומי מאוד, וכתוצאה מכך שכבת חום קטן (מרכיב מינימלי) ונמוך (Hפגום) מינימלי).

צעדים בסיסיים

  1. (ב) ⁇ :0) , ⁇ (ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  2. (FLT:0) קביעת ראש:FLT:1 ראשי לייזר עם משלוח אבקת coaxial (או זין חוט) ממוקם מעל הממריץ, לעתים קרובות באמצעות מערכת זרוע רובוטית או CNC לשליטה מדויקת.
  3. (ב) ⁇ :0) ⁇ (ב) ,(ה) , ⁇ (ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  4. (FLT:0)Layer Build-Up:FLT:1, ניתן להפקיד מספר מסלולים חופפים כדי לכסות אזורים גדולים יותר או לבנות ציפויים עבים יותר.התהליך הוא לעתים קרובות אוטומטי באמצעות נתיבים טרום-מוגדר.
  5. (FLT:0)Post-Treatment (Optional): ההרחבה 1:1 בהתאם לחומר הציפוי, טיפול חום לאחר cladding (למשל, הזדקנות, הקלה בלחץ) או מאצ'ינג עשוי להיות מיושם כדי להשיג סובלנות סופית וסיום פני השטח.

לייזר קלאודיוס

שתי שיטות משלוח ראשוניות הן נפוצות: האכלה אבקה והזנת חוט. אבקת cladding מבוסס אבקה מציעה גמישות רבה יותר בהרכב חומרי, כולל ציפויים ממודרגים פונקציונליים. Wire-fed cladding, מצד שני, יעיל יותר עבור קוטרים גדולים יותר ומספק סביבה נקייה עם פחות פסולת חומרית.הבחירה בין דיודה, סיבים, לייזרים דיסק תלוי על צפיפות הכוח הנדרשת, איכותam, ומשקפת לייזרים של חומר ניקוי הרבה יותר.

יתרונות מרכזיים של לייזר קלדינג עבור Fasteners

קלדת לייזר מעניקה סט של תכונות פני השטח שקשה להשיג עם תהליכים מסורתיים ציפוי.כל יתרון תורם לחיים מהירים יותר ושיפור ביצועים בתנאים קיצוניים.

תגית: Dress Resistance

מתקפלים המבוססים על מטענים קשיחים (tungsten carbide, chromium carbide) או סגסוגת מבוססת cobalt (stellite) יכול להשיג ערכי קשיחות מעל 60 HRC. זה באופן דרמטי מפחית את הלחש המוחית ואת adhesive ללבוש יישומים כגון מפרקים מכוער מנוסים חווים רטט או טעינה מחזורית.

שיפור הגנת קורוזיה

על ידי בחירת ⁇ crosion-resistant ⁇ s (למשל, ניקל chromium-molybdenum Superalloys, Hastelloy, או אבקת נירוסטה פלדה), קליד לייזר יכול ליצור מחסום שעומד תרסיס מלח, סביבות חומציות, ועומס עתיר גבוה של קיטור.

יישום מקומי וחומרי-Efficient

קלדת לייזר מאפשרת למהנדסים ליישם את הציפוי רק במידת הצורך – למשל, על פני השטח של ראש מברג, החוטים, או את השבר – מבלי להסוות את החלק כולו. גישה ממוקדת זו מפחיתה את צריכת אבקות יקרות ומפחיתה את הסימון שלאחר ⁇ .זה גם מונע מבעיות של סילוק האמבטיה הקשורות לתהליכים אלקטרו-plating.

שיפור הרדידות על פני השטח ללא בוקו

ממריצים גבוהים רבים רגישים להתגלמות מימן במהלך אלקטרו-plating.קלדת לייזר היא תהליך יבש, לא אלקטרוני, לחלוטין חיסול הסיכון של איסוף מימן.קשה של הציפוי יכול להיות מותאם באופן עצמאי מהמצע, ומאפשרת ליבת מהירה לשמור על הקשיחות שלה בעוד פני השטח מתנגדים אינדודה וגרבת.

בונד המתגלם על ידי קיצוניות

בניגוד לאיגרות חוב מכניות ברסס תרמי או אג"ח דבק בצבע, קלדת לייזר מייצרת היתוך מתכתי אמיתי.זה אומר גם תחת עומסי הרה גבוהים (למשל, במהלך ההדקה של טורק) או רכיבה תרמית, הציפוי לא יהרוס.

יישומים תעשייתיים

מזרזים לייזרים כבר פרוסים במגזרים שבהם אי ספיק להוביל לתוצאות קטסטרופליות או עלויות חילוף גבוהות מאוד.

חללי תעופה

« מזרז מטוסים חייב לסבול תנודות טמפרטורה רחבות, מנוע ממצה, וכימיקלים ניקוי אגרסיביים.לדוגמה, כיבוני ⁇ טיטניום המשמשים הילוך נחיתה נהנה ציפוי מבוסס לייזר כי מתנגד חיפוי וקורוזיון.נאס העריך ציפויים של דלקת לייזר עבור ממריצים במבנים חלליים הניתנים לחזרה, צמצום התחזוקה (Fravion:0ALT Reports).

שמן & דגימה; גז

כלי ה- Downhole ומחברים תת-ימיים מסתמכים על ממריצים שנחשפו ל-H2S, chlorides, ולחץ גבוה. לייזר מדביק עם ⁇ המבוססים על ניקל, כגון Inconel 625 מספק אלטרנטיבה יעילה לייצור כל המזרז מסופר-על מוצק. A 2018 מקרה מחקר על כריכי עץ חג המולד הראה עלייה של 300% בחיים בהשוואה להצלחות דומות ל-Abtmandulners (FLTs:0S).

רכב

במנועי ביצועים גבוהים ומנועי נהיגה, חיבור כריכים מוטה וציפויים ראש חווים עייפות מחזורית וטמפרטורות גבוהות. לייזר clading עם tungsten-carbide-reinforced ברזל מבוסס ציפוי יכול להפחית את גלישת חוט ולשמור על יציבות טרום עומס.התהליך הוא גם נחקר עבור ממריצים המשמשים בחפיסות סוללות חשמליות, שבו ציפויים קורטוזיים הם עבור אמינות ארוכת טווח.

ימי הנחתים והיבשה מחדש

Offshore Wind טורבינות מגדל הברוטרים וספינתם של מלחים ניצבים בפני תרסיס מלח קבוע ו biofouling. לייזר cladding עם קורוזיון עמיד מאוד בעל השפעה גבוהה של Hastelloy C-276 כבר נבדק שדה, מציג קורוזיה רשלנית לאחר חמש שנים בסביבה של הים הצפוני.

בנייה ותשתית

⁇ גשר וחיבורי מבנה פלדה בסביבות החוף מפורטים יותר ויותר עם ציפוי לייזר- ⁇ . פרויקט בולט על גשר כביש פורת בסקוטלנד השתמש ציפויי פלדה של אלד אלד על בציפוי חיכוך גבוה-מרוץ כדי לחסל את הצורך בשיקום תקופתי (FLT:0Proceedings of the Institution of Civil EngineersalLTF:1).

השוואה עם טכנולוגיות אחרות

כדי להעריך כיצד קלדת לייזר מתאימה לנוף הציפוי המהיר, היא עוזרת להשוות אותו נגד שיטות מבוססות.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

chrome קשה מספק עמידות ללבוש מעולה אבל סובל ממיקרו-קרקינג, תקנות סביבתיות (hexavalent chromium), והתגלמות מימן. לייזר cladding מבטלת את החששות הרעילות ומציע התנגדות דומה או נעלה ללא סדקים.

Thermal Spray (HVOF, Plasma)

דלק חמצן גבוה (HVOF) וציפוי תרסיס פלזמה להשיג קשיחות גבוהה והתנגדות קורוזיה, אבל הם מסתמכים על חיבור מכני.במזרזים מעווצים, הסיכון של פירוק ציפוי במהלך ההרכבה הוא גבוה יותר.קשר מתכתי מתכתי של לייזר מספק אמינות רבה יותר מתחת ל Shear.

המונחים:PVD

ציפוי PVD (למשל, TiN, CrN) הם דק (2-5 מיקרומטר) ואידיאל עבור יישומים בתדר נמוך. עבור ממריצים הדורשים ציפויים עבה יותר (100–500 מיקרומטר) לעמוד בלבוש חמור או קורוזיון, קלדת לייזר היא תהליך התוסף שאינו קו-עין של הראייה שיכול לספק עובי כזה עם צפיפות גבוהה.

Diffusion Coatings (Carburizing, Nitriding)

תהליכים תרמוכימיים אלה משנים רק את הכימיה של תת-קרקעית.הם לא יכולים להציג כימיה שונה לחלוטין של ⁇ (למשל, Superalloy מבוסס ניקל) ואינם בונים עובי.

שיקולים תהליכים ועיסוקים טובים

קלדת לייזר מוצלחת של ממריצים תלויה בשליטה זהירה של פרמטרים רבים. להלן הם גורמים מרכזיים כי מהנדסים חייבים לטפל כדי להשיג ציפויים עקביים ואיכותיים.

חומרים מורכבים ותנאי מקדים

פלדה (פחמן, ⁇ , אל-חלד), ⁇ טיטניום, וסגסוגת ניקל הם תת-סטריטים מזרזים נפוצים.משטח חייב להיות חופשי שמן, חלודה, וגודל. גריט פיצוץ עם אלומיניום או סיליקון carbide הוא טיפוסי, ואחריו ניקוי קולי.Preהתחממות עשוי להיות הכרחי עבור פלדות פחמן גבוהות כדי להפחית זעזוע תרמי ולהימנע סדקים.

אבקת בחירה ו Handling

מאפייני אבקה - גודל חלקיקים (בדרך כלל 45-105 מיקרומטר), מורפולוגיה (ספירי הוא המועדף על זרימה טובה), וטוהר כימי - משפיע באופן ישיר על איכות ציפוי.מניע הפרדה על ידי אחסון אבקות בסביבה יבשה, מבוקרת.

לייזר Parameter

פרמטרים מרכזיים כוללים כוח לייזר (בדרך כלל 1-6 קילוואט עבור גדלים מהירים), קוטר (1–4 מ"מ), מהירות סריקה (5 עד 4 מ"מ / s), וקצב מזון אבקה (5–30 גרם / min) את צפיפות האנרגיה הספציפית חייב להיות מותאם כדי להשיג התכה מלאה ללא דילול מופרז של הציפוי על ידי תת-התחול מתחת 10 אחוזים מומלץ בדרך כלל לשמור על תכונות.

המונחים: fasteners

אזורים מזויפים דורשים קלד מדויק כדי להימנע שינויים ממדיים המשפיעים על קיבולת רב-אאקס CNC או רובוט מיקום משמש לעקוב אחר הנתיב הלייאלי של חוטים.עבור ראשי חצץ, דפוס קלד ציני עם חפיפה הוא אופייני. Post-claing machining (החזרה, שחיקה) נדרש לעתים קרובות כדי לשחזר את הממדים הסופיים הדרושים (R <μ).

טיפול ב-Cyry

הקלה מתח (למשל, 600-800 מעלות צלזיוס למשך שעה) יכולה להפחית את הלחץ הבריונים השוכנים באזור הציפוי והחום המושפע.עבור ציפויים (למשל, Maraging Steel), טיפול ההזדקנות בטמפרטורה נמוכה יותר (480 מעלות צלזיוס) מגביר את הקשידות.

איכות מובטחת

בדיקות לא הרסניות (ultrasonic, eddy הנוכחי) יכול לאמת עובי ציפוי לזהות פגמים תת-קרקעיים. Destructive בדיקות - כגון בדיקות bend, microhardness חוצה, ו corrosion מלח תרסיס - צריך להתבצע על קופונים דגימות מאותה ערכת ייצור.

אתגרים ומגבלות

למרות היתרונות שלה, קלדת לייזר היא לא פתרון אוניברסלי.מהנדסים חייבים להיות מודעים למגבלות הבאות:

  • (FLT:0 קפיטליסטי ועלויות הפעלה:FLT:1 מערכות לייזר בעוצמה גבוהה, מיקום דיוק וציוד ניהול אבקה מייצגים השקעה משמעותית - לעתים קרובות מעל 500,000 דולר עבור תא ייצור.
  • (FLT:0 Throughput:BuildFLT:1) שערי קלדינג הם בדרך כלל מוגבל ל 50-300 ס"מ / min, אשר עשוי להיות איטי יותר מאשר אצווה אלקטרו-plating עבור ייצור מהיר בנפח גבוה.
  • (FLT:0) מורכב Geometries:FLT:1hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh
  • (FLT:0) מתחים ומשמעת: אנדרל 1 (FLT:1) מחזקת את הלחץ העפילי שיכול לגרום לזרז להתכופף אם לא לתקן כראוי.המודלים הירומאליים ותגמול לפני הלחץ הם אזורי מחקר פעילים.
  • דרישות הנדסת חשמל:0 (FLT:1 פיתוח תהליכים דורש מומחיות בפיסיקה לייזר, מתכתימורגיה ואוטומציה. Upskilling טכנאים והפעלה של תוכנת סימולציה (למשל, מודלים סופיים של אלמנט תרמי) יכול להפחית את המחסום הזה.

כיוונים עתידיים

עבודה מתמשכת הן במעבדות אקדמיות ותעשייתיות דוחפת לייזר מתפתל לכיוון אימוץ רחב יותר עבור ממריצים.

אוטומציה ו-In-Line Quality control

מערכות חזון ואלגוריתמים למידת מכונה משולבים כדי לזהות חוסר יציבות בריכה בזמן אמת.שליטה משותפת של כוח לייזר וקצב ההזנת מבטיח ציפויים ללא פגם במהירויות גבוהות יותר. חברות כמו טראמפף ו- IPG Photonics מציעים כעת ראשי קלפי "חכמים" שמתאימים פרמטרים על זבוב (FLT:0 Trumpf LMDFreave:1LT).

חומרים חדשים

⁇ גבוהה-entropy (HEAs) ו מטבוליות זכוכית מתכתיות מוערכות עבור ציפויים מהירים.הוא ציפויים, כגון CoCrFeNiAl, הראו שילובים יוצאי דופן של קשיחות, קשיחות, והתנגדות קורוזיה במחקרים ראשוניים.

תהליכים היברידיים

שילוב של לייזר cladding עם חימום אינדוקציה (Hbrid LMD-IH) יכול להפחית את הלחץ השוני ולאפשר שיעורי פיזור גבוה יותר. גישה היברידית נוספת משלבת קרישה לייזר עם עיבוד מתחים לחדד את המיקרו של ציפוי.עבור מזרזים הדורשים הן ללבוש והן סיכה, cladding יכול להיות במעקב על ידי טקסט לייזר של כיסים עבור סיכה מוצקה.

תיקון ותוספת מחדש

קלדת לייזר מתאימה במיוחד לתיקון ראשים וחוטפים מרופדים.במקום לנפץ בבריונים יקרים, גדולים-דמטר (למשל M100), חוט משוחק יכול להיות בנוי מחדש באמצעות נתיב קלודה מדויק של הלייקליות ואז מחדש מבוהל.זה מרחיב את חיי של מתחמי תשתיות קריטיות ומפחית פסולת.

מסקנה

ציפוי לייזר מציע נתיב שדרוג משכנע עבור ממריצים כי חייב לשרוד מכני אגרסיבי, תרמי, וכימיקלי סביבות.היכולת שלו להפקיד ציפוי עבה, מתכתיגלי כמעט כל ⁇ מתכתי - תוך הימנעות מהתגלמות מימן ומאפשר טיפול מקומי - מבודד שיטות ציפוי קונבנציונליות של ציפוי תעשיות מאווירה להתחדשות כבר נהנים מחיבורים ארוכים יותר, אמין יותר כמו גם ציוד לייזר ממתכת מתמשכת, להמשיך את רמות גבוהות של כלי לייזר מבוזרים, כמו גם על ידי מחזורי רכב סטנדרטיים סטנדרטיים.