Laser Shock Peening: นวัตกรรมของเทคโนโลยีการเสริมสร้างพื้นผิวจากห้องปฏิบัติการไปยังอุตสาหกรรม
Laser Shock Peening Technology ซึ่งเป็นกระบวนการที่เป็นนวัตกรรมที่เรียกว่า จากแวบแรกของการเปลี่ยนโครงสร้างจุลภาคของโลหะผสมอลูมิเนียมในห้องปฏิบัติการอเมริกันไปจนถึงการปฏิบัติทางอุตสาหกรรมของการแปรรูปใบมีดโบอิ้ง 777 จากการเกิดของสายการผลิตชีพจรอย่างต่อเนื่องครั้งแรกในประเทศจีนไปจนถึงการพัฒนาของระบบเสริมความแข็งแรงของดิสก์ใบมีดแบบอินทิกรัลมันใช้พลาสมาแรงดันไฟฟ้าสูง - พลาสมาแรงดันไฟฟ้าเพื่อแกะสลักป้องกันความล้า-
เมื่อลำแสงเลเซอร์นาโนวินาทีชนกับโลหะการระเหยและการระเหยของชั้นการดูดซับพลังงานเป็นเหมือนการระเบิดขนาดเล็กทำให้เกิดคลื่นช็อกแรงดันสูงเป็นพิเศษ - การเลือกเลเยอร์ข้อ จำกัด เป็นเหมือนการปรับแต่ง - เอฟเฟกต์ที่ดีที่สุดของแก้วและการปรับการไหลของน้ำในอุตสาหกรรมความยืดหยุ่นของสีดำ แต่ยากที่จะลบและความสะดวกสบายของอลูมิเนียมฟอยล์กลายเป็นตัวเลือกแรก ในสาขาการจำลองเชิงตัวเลขการผสมผสานของอัลกอริทึมที่ชัดเจนและโดยนัยและนวัตกรรมของแบบจำลองความเครียดที่แท้จริงกำลังทำให้การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการย้ายจาก "การทดลองและข้อผิดพลาด" เป็น "การคำนวณที่แม่นยำ"
นี่ไม่ได้เป็นเพียงการวิวัฒนาการของเทคโนโลยี แต่ยังมีการประกาศอุตสาหกรรมการผลิตเพื่อ "ท้าทายขีด จำกัด ": "หัวใจ" ของเครื่องยนต์อากาศยานสามารถทนต่อผลกระทบนับหมื่นได้อย่างไร เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สามารถเชื่อมต่อกับความกดดันหลายทศวรรษได้อย่างไร? การปลูกถ่ายชีวภาพสามารถหาสมดุลระหว่างความเหนียวและการย่อยสลายได้หรือไม่? Laser Shock Peening กำลังใช้พลังของโฟตอนในการเขียนคำตอบสำหรับปัญหาที่ยากเหล่านี้
เทคโนโลยีการช็อตเลเซอร์ช็อตหรือที่เรียกว่าเลเซอร์ช็อตเพนเป็นเทคโนโลยีการปรับเปลี่ยนพื้นผิวใหม่ที่มีประสิทธิภาพและพัฒนาอย่างรวดเร็ว เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีการยิงแบบเครื่องจักรกลแบบดั้งเดิมมันสามารถสร้างชั้นความเครียดแรงอัดที่เหลือลึกลงบนพื้นผิวของชิ้นงานและมีการควบคุมที่แข็งแกร่งและการปรับตัวที่ดีและสามารถจัดการได้ยาก - ถึง - จัดการชิ้นส่วน ในปัจจุบันเทคโนโลยีนี้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในความเมื่อยล้า - การผลิตที่ทนต่อการผลิตเช่นใบมีดเครื่องยนต์อากาศยานเกียร์และการเชื่อมความดันโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ด้วยการลดลงของราคาอุปกรณ์เลเซอร์ที่ลดลงเทคโนโลยี Laser Shock Peening จะถูกใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้น
เทคโนโลยีการช็อตเลเซอร์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิศวกรรม
ในปี 1972 สหรัฐอเมริกาใช้เลเซอร์พลังงานสูง - - คลื่นกระแทกที่เหนี่ยวนำให้รักษาสูง - โลหะผสมอลูมิเนียมความแข็งแรงเป็นครั้งแรก ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 ประเทศและภูมิภาคต่าง ๆ เช่นยุโรปญี่ปุ่นและอิสราเอลได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีการช็อตเลเซอร์
ในปี 1995 บริษัท เทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์ช็อตแห่งแรกของโลกก่อตั้งขึ้นในสหรัฐอเมริกา ในปี 1997 เจนเนอรัลมอเตอร์สใช้เทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์ช็อตเพื่อประมวลผลใบมีดพัดลมเครื่องยนต์อากาศยานซึ่งเป็นการปรับปรุงความทนทานต่อความเสียหายของวัตถุต่างประเทศอย่างมาก ในปี 2544 บริษัท เทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์ด้วยเลเซอร์ได้ดำเนินการด้วยเลเซอร์ช็อตพีช์บนเครื่องยนต์มากกว่า 800 เครื่องยนต์ - Royce ในปี 2547 บริษัท ให้ความร่วมมือกับห้องปฏิบัติการกองทัพอากาศสหรัฐเพื่อดำเนินการวิจัยการซ่อมแซมเลเซอร์เลเซอร์เกี่ยวกับใบมีดเครื่องยนต์ไทเทเนียมเครื่องยนต์ที่เสียหายบน F/A - 22 และความแข็งแรงของความเหนื่อยล้าเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ในปีเดียวกันสหรัฐอเมริกาประกาศอย่างเป็นทางการว่าข้อมูลจำเพาะการประมวลผลด้วยเลเซอร์ช็อตอย่างเป็นทางการและเทคโนโลยีถูกนำไปใช้กับการประมวลผลใบมีดของโบอิ้ง 777 ในปี 2555 สหรัฐอเมริกาประสบความสำเร็จในการพัฒนาอุปกรณ์ประมวลผลด้วยเลเซอร์มือถือที่สามารถเข้าสู่พื้นที่อุตสาหกรรมเพื่อให้บริการแบบเรียลไทม์ ในปี 2545 โทชิบาคอร์ปอเรชั่นของญี่ปุ่นใช้เลเซอร์ขนาดเล็กเพื่อประมวลผลรอยเชื่อมเช่นภาชนะรับแรงดันของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และข้อต่อท่อเพื่อปรับปรุงอายุการใช้งานของชิ้นส่วน
นักวิชาการต่างประเทศยังใช้เทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์ช็อตเพื่อเสริมสร้างความแข็งแรงของโลหะชีวการแพทย์และอัลลอยด์ปรับปรุงความแข็งความแข็งแรงของผลผลิตและอายุการใช้งานของการปลูกถ่ายถาวรและลดอัตราการย่อยสลายของการปลูกถ่ายที่ย่อยสลายได้เช่นแคลเซียม - แมกนีเซียมอัลลอยด์
การวิจัยในประเทศเกี่ยวกับเทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์ช็อตเริ่มต้นขึ้นในปี 1990 ส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่ชุดของการศึกษาทดลองและการอภิปรายเชิงทฤษฎีที่เกี่ยวข้องกับโลหะผสมอลูมิเนียมและเหล็กกล้า ตั้งแต่ปี 1992 มหาวิทยาลัยการบินและนักบินอวกาศของหนานจิงได้ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของจีนเพื่อทำการวิจัยเกี่ยวกับการเสริมสร้างความเข้มแข็งของการช็อกด้วยเลเซอร์และการผลิตความต้านทานต่อความเหนื่อยล้าของชิ้นส่วนโครงสร้างการบิน ในปีพ. ศ. 2538 อุปกรณ์เสริมความแข็งแรงของเลเซอร์ช็อตครั้งแรกสำหรับการทดลองด้วยเลเซอร์ช็อตเดี่ยวในประเทศจีนได้รับการพัฒนาอย่างประสบความสำเร็จที่มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของจีน ในปี 2008 มหาวิทยาลัยวิศวกรรมกองทัพอากาศร่วมกับ บริษัท Xi'an Optoelectronic Technology Development Co. , Ltd. และปักกิ่ง Leibao Optoelectronic Technology Co. , Ltd. ประสบความสำเร็จ ในปี 2554 อุปกรณ์ระบบเสริมความแข็งแรงของเลเซอร์แบบอินทิกรัลเลเซอร์ชุดแรกของประเทศของฉันได้รับการพัฒนาอย่างประสบความสำเร็จที่สถาบันระบบอัตโนมัติของ Shenyang สถาบันวิทยาศาสตร์จีนและส่งมอบให้กับ Shenyang Liming Engine Co. , Ltd. สำหรับการใช้งาน
กลไกและปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการช็อตเลเซอร์
When a laser beam with a power density greater than 10⁹W/cm² and a pulse width of nanoseconds irradiates the metal surface, the energy absorption layer absorbs the laser energy and undergoes explosive vaporization and evaporation, generating a high-temperature (>10⁷K) and high-pressure (>1GPA) ชั้นพลาสมา Laser Shock Peening ใช้คลื่นกระแทกที่แรงที่แพร่กระจายไปยังวัสดุที่เกิดจากแรงกระแทกที่ใช้โดยชั้นพลาสม่าแรงดันสูง - บนเป้าหมาย
วัสดุเลเยอร์ที่มีข้อ จำกัด ที่ใช้ในปัจจุบันส่วนใหญ่ ได้แก่ K9 Optical Glass แก้วอินทรีย์และชั้นการไหลของน้ำ ชั้นที่มีการ จำกัด ของวัสดุแก้วมีเอฟเฟกต์ที่ดีที่สุด แต่มีความสามารถในการปรับตัวได้ไม่ดีและจะแตกหักซึ่งเหมาะสำหรับการรักษาด้วยเลเซอร์ด้วยเลเซอร์เดี่ยวเท่านั้น โดยทั่วไปแล้วชั้นการไหลของน้ำจะใช้เป็นชั้นที่ จำกัด ในการทดสอบด้วยเลเซอร์ช็อตและการใช้งานอุตสาหกรรม มันมีข้อดีของการบังคับใช้ที่แข็งแกร่งต้นทุนต่ำการทำงานที่ง่ายและไม่จำเป็นต้องเปลี่ยน ยกเว้นกระบวนการบำบัดด้วยเลเซอร์ช็อตจำนวนเล็กน้อยที่ไม่ได้ใช้เลเยอร์การดูดซับพลังงานส่วนใหญ่ต้องใช้เลเยอร์การดูดซับพลังงาน ชั้นการดูดซับพลังงานที่ใช้กันทั่วไปส่วนใหญ่เป็นวัสดุที่มีความร้อนไอต่ำเช่นสีดำฟอยล์อลูมิเนียมและเทปสีดำ สีดำมีการบังคับใช้ที่ดีและสามารถใช้สำหรับการรักษาด้วยเลเซอร์ช็อตการรักษาร่องหลุมขนาดเล็ก ฯลฯ แต่มันไม่ง่ายที่จะลบหลังจากการช็อกเสร็จสมบูรณ์ดังนั้นอลูมิเนียมฟอยล์และเทปสีดำมักใช้เป็นชั้นการดูดซับพลังงาน
มีหลายปัจจัยที่ส่งผลกระทบต่อผลกระทบของการช็อตเลเซอร์ส่วนใหญ่คุณสมบัติของวัสดุชั้นข้อ จำกัด ชั้นการดูดซับพลังงานพารามิเตอร์การกระแทกด้วยเลเซอร์ ฯลฯ หากความหนาแน่นพลังงานเลเซอร์ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง อย่างไรก็ตามหากความกว้างของพัลส์เลเซอร์มีขนาดใหญ่เกินไปมันเป็นเรื่องง่ายมากที่จะทำให้เกิดการเผาไหม้พื้นผิวของวัสดุที่ได้รับผลกระทบ โดยการเลือกเลเยอร์ข้อ จำกัด ที่สมเหตุสมผลเลเยอร์การดูดซับพลังงานและพารามิเตอร์การกระแทกด้วยเลเซอร์ตามคุณสมบัติของวัสดุสามารถทำให้ผลการเสริมสร้างความแข็งแรงดีขึ้นได้
การจำลองเชิงตัวเลขของเลเซอร์ช็อตการจำลองเชิงตัวเลขช่วยให้ได้พารามิเตอร์กระบวนการที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งานเฉพาะและค่อยๆกลายเป็นวิธีการสำคัญในการศึกษาการช็อตเลเซอร์ นักวิชาการทั้งในและต่างประเทศได้ทำการวิจัยมากมายเกี่ยวกับการสร้างแบบจำลองและการเพิ่มประสิทธิภาพของการช็อตเลเซอร์ ในปัจจุบันอุตสาหกรรมมีความคืบหน้าอย่างมากในการวิเคราะห์แบบไดนามิกที่ชัดเจน + การวิเคราะห์แบบคงที่ด้วยเลเซอร์ช็อตการจำลองเชิงตัวเลขโดยนัย
เมื่อชั้นพลาสมาแรงดันสูง - ส่งผลกระทบต่อวัสดุเป้าหมายวัสดุในพื้นที่กระแทกจะผ่านการเปลี่ยนรูปแบบพลาสติกอัตราความเครียดสูงและการตอบสนองของโครงสร้างจะเปลี่ยนไปอย่างรวดเร็วซึ่งเป็นปัญหาไดนามิกความเร็วสูงที่ไม่เชิงเส้นสูง - หากอัลกอริทึมองค์ประกอบไฟไนต์โดยนัยถูกใช้เพื่อแก้ปัญหาประเภทนี้ไม่เพียง แต่ต้องใช้การคำนวณและการจัดเก็บจำนวนมาก แต่ยังมีปัญหาในการคำนวณการบรรจบกัน มีความจำเป็นที่จะต้องใช้วิธีการวิเคราะห์องค์ประกอบ จำกัด ที่ชัดเจนเพื่อแก้ปัญหาคลื่นความเครียดที่เกิดจากผลกระทบในพลาสมา โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้วิธีการวิเคราะห์องค์ประกอบ จำกัด ที่ชัดเจนและโดยนัยเพื่อทำการจำลองเชิงตัวเลขของกระบวนการตอบสนองแบบไดนามิกของวัสดุภายใต้การกระทำของคลื่นกระแทกนั้นเอื้อต่อการได้รับผลการทำนายสนามความเครียดที่เหลืออยู่
เมื่อ - จุดการคำนวณความเค้นตกค้างของเลเซอร์ตกค้างและวิธีการซ้อนทับถูกใช้เพื่อจำลองมัลติ - จุดซ้อนเลเซอร์ช็อตในพื้นที่ขนาดใหญ่จำนวนการคำนวณทั้งหมดมักจะมีขนาดใหญ่มาก นอกจากนี้เนื่องจากอิทธิพลขนาดใหญ่ของรูปทรงผลงานของชิ้นงานในสนามความเครียดที่เหลือจึงเป็นเรื่องยากที่จะจำลองสนามความเครียดที่เหลือของมัลติ - จุดซ้อนทับด้วยการช็อกเลเซอร์ของส่วนประกอบจริงที่มีพื้นผิวโค้งที่ซับซ้อนโดยใช้วิธีการซ้อนความเครียด
เพื่อที่จะแก้ปัญหาทั้งสองนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพนักวิจัยบางคนได้สร้างแบบจำลองเชิงตัวเลขตามความเครียดที่แท้จริงเพื่อจำลองสนามความเครียดที่เหลือของการแข็งตัวของเลเซอร์ช็อต แบบจำลองนี้สันนิษฐานว่าสายพันธุ์ที่เกิดจากการกระแทกด้วยเลเซอร์บนพื้นผิวของส่วนประกอบนั้นไม่รู้สึกถึงเรขาคณิตส่วนประกอบ กระบวนการจำลองจะมุ่งเน้นไปที่ความเครียดพลาสติกที่เกิดจากการกระแทกด้วยเลเซอร์ ฟิลด์สายพันธุ์ของพื้นที่ขนาดใหญ่ - พื้นที่ Multi - การช็อกเลเซอร์จุดของส่วนประกอบนั้นได้มาจากการซ้อนทับของสายพันธุ์ที่แท้จริงและแบบจำลองเทอร์โมไลซ์ติกถูกใช้เพื่อให้ได้ฟิลด์ความเครียดที่ตกค้างขั้นสุดท้ายและการเสียรูปพลาสติก
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานักวิชาการที่เกี่ยวข้องทั้งในและต่างประเทศได้ใช้โมเดลนี้สำหรับการจำลองเชิงตัวเลขของสนามความเครียดที่เหลือของการเสริมแรงด้วยเลเซอร์การเสริมแรงของส่วนประกอบที่ซับซ้อนที่แตกต่างกัน ประสิทธิภาพการคำนวณของแบบจำลองความเครียดที่แท้จริงนี้ได้รับการปรับปรุงอย่างมากเมื่อเทียบกับแบบจำลองดั้งเดิมและแบบจำลองที่กำหนดสามารถทำนายสนามความเครียดที่เหลือได้อย่างมีประสิทธิภาพที่เกิดจากการช็อกเลเซอร์
