העיקרון, המאפיינים והיישום של טכנולוגיית כיבוי לייזר

כיבוי לייזר הוא תהליך חדשני המשתמש בקרני לייזר בעלות אנרגיה גבוהה כדי לחמם משטחי חומר מעבר לנקודות מעבר הפאזה שלהם. כאשר החומר מתקרר באופן טבעי, אוסטניט הופך למרטנזיט, ויוצר שכבה קשה בעלת קשיות ועמידות בפני שחיקה יוצאי דופן על פני המוצר. טכניקה זו משנה באופן משמעותי את המיקרו-מבנה והתכונות של משטחי חומר העבודה מבלי לפגוע בביצועים הכוללים של חומר הבסיס, ומשיגה שיפור חוזק מקומי באמצעות עיבוד תרמי מבוקר.

המאפיינים של כיבוי פני השטח בלייזר כוללים:

צפיפות הספק גבוהה: כיבוי פני השטח בלייזר משתמש בקרן לייזר ממוקדת כמקור חום לחימום מהיר של פני השטח של חומר העבודה ויצירת אוסטניט.

חימום וקירור מהירים: התהליך משיג חימום מהיר תוך שניות (בדרך כלל 0.01-0.001 שניות), ובכך ממזער ביעילות את עיוות חומר העבודה. שיטת קירור נקייה ויעילה זו מבטלת את הצורך במים או שמן כחומרי קירור. בהשוואה לתהליכי הקשייה באינדוקציה, הקשייה בלהבה וקרבוריזציה, קירור בלייזר מספק שכבה קשיחה אחידה עם קשיות מעולה (בדרך כלל גבוה ב-1-3HRC מקירור באינדוקציה).

עיוות מינימלי של חלקים: תהליך החימום והקירור המהיר ממזער את עיוות החומר, ומאפשר שליטה מדויקת בעומק החימום ובמסלולו. זה מאפשר אוטומציה ללא צורך בסלילי אינדוקציה מותאמים אישית עבור גדלי חלקים שונים, כפי שנדרש בהקשחה אינדוקטיבית. זה גם מבטל מגבלות גודל תנור הקשורות לטיפולי חום כימיים כמו קרבוריזציה וקיבוע עבור רכיבים גדולים. כתוצאה מכך, הקשחת לייזר מחליפה יותר ויותר שיטות מסורתיות כמו הקשחת אינדוקציה וטיפול בחום כימי ביישומים תעשייתיים שונים. ראוי לציין כי הקשחת לייזר גורמת לעיוות חומר זניח לפני ואחרי הטיפול. עבור חלקי מתכת בטמפרטורה גבוהה שבהם טמפרטורות הקירור תואמות מקרוב את נקודות ההיתוך, הקשחת פני השטח מבוססת אינדוקציה פוגעת לעתים קרובות בפינות או באזורים לא סדירים, מה שמוביל לגרוטאות. הקשחת פני השטח בלייזר נמנעת לחלוטין ממגבלה זו.

לכן, הוא מתאים במיוחד לטיפול פני השטח של חלקים עם דרישות דיוק גבוהות. חומר העבודה המטופל אינו זקוק ללטש וניתן להשתמש בו כתהליך הגימור הסופי.

מתאים לצורות מורכבות: ניתן להשתמש בו עבור רכיבים בעלי צורות מורכבות כגון חורים עיוורים, חורים פנימיים, חריצים קטנים, חלקים בעלי דופן דקה וכו'. גמישות רבה: בשל עומק המיקוד הגדול של הלייזר, אין הגבלות מחמירות על גודל, מידות או פני השטח של החלקים במהלך החימום. לעומת זאת, חימום קיים בתדר בינוני-גבוה דורש חיישני אינדוקציה בהתאמה אישית עבור חלקים שונים;

עומק השכבות המוקשחות בלייזר נע בדרך כלל בטווח של 0.3-2.0 מ"מ, בהתאם לגורמים כגון הרכב החומר, מפרטים, מאפייני פני השטח ופרמטרי עיבוד מרכזיים. בעת ביצוע טיפולי כיבוי על צווארי ציר של גלגלי שיניים גדולים או רכיבי ציר מנוע, חספוס פני השטח נשאר כמעט ללא שינוי. זה מבטל את הצורך בעיבוד שבבי לאחר עיבוד כדי לעמוד בדרישות תפעוליות ספציפיות.

ריכוך בלייזר משתמש בשתי שיטות סריקה: סריקת פס צר עם נקודות עגולות או מלבניות, וסריקת פס רחב באמצעות נקודות ליניאריות. רוחב האזור המוקשה בסריקת פס צר תואם באופן הדוק את קוטר הנקודה, בדרך כלל בטווח של 5 מ"מ. עבור יישומי הקשחה של שטח גדול, נדרשות סריקות עוקבות כאשר אזורים חופפים יוצרים רצועות ריכוך מחוסמות. רוחב הפסים הללו תלוי במאפייני הנקודה, כאשר נקודות מלבניות אחידות בדרך כלל מייצרות פסים קטנים יותר. כדי למתן את ההשפעות השליליות של רצועות ריכוך, נעשה שימוש בטכנולוגיית סריקת פס רחב. שיטה זו הופכת נקודות מעגליות ממוקדות לנקודות ליניאריות, ומגדילה משמעותית את רוחב הסריקה.

המחקר, הפיתוח והיישום של טכנולוגיית קירור בלייזר נמצאים כעת בשלב עולה, אם כי עדיין קיימים אתגרים בעיבוד חלקי עבודה בעלי צורות מורכבות. עם זאת, כחידוש חדשני בטיפול בחום, קירור בלייזר מאפשר השגת יעדים טכניים ששיטות קירור מסורתיות מתקשות להשיג. ראוי לציין שתהליך זה מבטל את הצורך במדיה קירור במהלך הייצור, בהתאם למחויבות התעשייה העולמית לסטנדרטים של "ייצור דל חמצון וידידותי לסביבה". הוא מוכיח את עצמו כיעיל במיוחד לטיפול בחום פני השטח של רכיבים מכניים שונים, כולל קצוות כלי חיתוך, משטחי איטום שסתומים, גלגלי שיניים קטנים, תבניות מיניאטוריות, חלקי רכב, טבעות גלגלי שיניים, מדריכי כלי עבודה, צירי מנוע וגירים מפחיתים.