Die laserbehandelte Oberfläche macht das Werkstück belastbarer. Laserabschrecken, -schmelzen und -beschichten machen das Werkstück belastbarer: Es verbessert die Härte und Zähigkeit, verändert die Oberflächenstruktur und erzeugt Druckspannungen oder Schutzschichten auf der Oberfläche. Auch Laserbeschriftung und Lasermikrobearbeitung können die Oberfläche des Werkstücks verändern.
【Laserhärten】
Das Prinzip des Laserhärtens: Der Laserstrahl erhitzt die Randschicht des Metalls und die schnelle Abkühlung erhöht seine Härte. Der Vorteil der Laserhärtetechnik besteht darin, dass sie sehr wenig Nachbearbeitung erfordert und unregelmäßige dreidimensionale Werkstücke bearbeiten kann. Durch den geringen Wärmeeintrag ist die Verformung des Werkstücks sehr gering, wodurch eine Nachbearbeitung reduziert oder sogar überflüssig wird.
Das Laserabschrecken gehört zum Randschichthärteverfahren. Es kann nur für härtbare Werkstoffe auf Eisenbasis verwendet werden. Das heißt, Stahl und Gusseisen mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,2%.
Um das Werkstück zu härten, erhitzt der Laserstrahl die metallische Oberflächenschicht in den meisten Fällen bis nahe an den Schmelzpunkt, also etwa 900 bis 1400 °C. Wenn die Oberfläche die erforderliche Temperatur erreicht hat, verlässt der Laserstrahl diese Position und bewegt sich weiter vorwärts, wobei die Oberfläche des Werkstücks in der neuen Richtung kontinuierlich erwärmt wird. Unter Einwirkung hoher Temperatur ändern die Kohlenstoffatome im Metallgitter ihre Position (Austenitisierung). Sobald der Laserstrahl eine Stelle verlässt, kühlt das Material um diese Stelle herum schnell die heiße Oberflächenschicht ab. Dieses Phänomen wird als"selbstlöschend" bezeichnet. Durch die schnelle Abkühlung kehrt das Metallgitter nicht in seine ursprüngliche Form zurück, sondern es entsteht Martensit. Martensit ist ein Metallgefüge mit extrem hoher Härte. Die Umwandlung in Martensit kann die Härte des Materials erhöhen.
Der Laserstrahl erwärmt die Oberflächenschicht des Werkstücks. Die typische Oberflächenhärtetiefe beträgt 0,1 bis 1,5 mm, wobei einige Materialien 2,5 mm oder mehr erreichen. Soll die Oberflächenhärtetiefe größer sein, muss das umgebende Volumen größer sein, damit die Wärme schnell abgeführt werden kann, damit die gehärtete Zone schnell genug abgekühlt werden kann. Der Laserhärteprozess erfordert eine relativ geringe Leistungsdichte. Gleichzeitig sollte das Werkstück in der gleichen Ebene bearbeitet werden. Daher ist es erforderlich, dass der Laserstrahl eine möglichst große Ebene bestrahlt. Gegenwärtig wird üblicherweise die quadratische Bestrahlungsfläche verwendet. In ähnlicher Weise wird die Scan-Spiegelgruppe auch beim Laser-Quenching-Prozess verwendet, um den Laserstrahl des kreisförmigen Flecks sehr schnell hin und her zu bewegen. Auf der Oberfläche des Werkstücks bildet sich eine Linie mit im Wesentlichen gleichmäßiger Leistungsdichte. Es können gehärtete Spuren mit einer Breite von bis zu 60 mm erzeugt werden. Wie in der Abbildung oben gezeigt, wurde das Lagerteil nahe der Welle des Turboladers lasergehärtet.
【Laserbeschichtung】
Um die Verschleißfestigkeit von Materialien zu verbessern oder die Oberfläche zu modifizieren, setzt der Mensch die Laser-Auftragstechnologie ein. Mit der Laserauftragschweißanlage lassen sich Metallbeschichtungen auf der Oberfläche bestehender Werkstücke in gussgleicher Qualität beschichten. Es gibt keinen Qualitätsverlust, keine Versiegelung, keine Poren und Risse.
Das Laserauftragssystem macht den Laserauftragsprozess sehr einfach: Auf der vorbereiteten Oberfläche wird mit einem Laser ein Schmelzbad erzeugt. Das pulverförmige Material wird durch die Düse auf die Oberfläche gesprüht und wenn das neue Material erstarrt ist, wird mit dem Schweißen der nächsten Schicht oder der anschließenden Bearbeitung begonnen.
Generell besteht das Laserauftragssystem aus drei Hauptfunktionseinheiten: Pulverförderer, Pulverförderstrecke und Bearbeitungsspiegelgruppe mit Pulverdüse. Der Pulverförderer ist eine verfahrbare Einheit neben der Laserbearbeitungsmaschine. Das Pulvergasgemisch aus mehreren Behältern wird im Pulverförderer zu einem Pulverstrom gemischt und mit einer genau eingestellten Durchflussmenge in die Pulverdüse eingeleitet. Die integrierte Sensorik sichert jederzeit die hohe Qualität der Materialbeschichtung.
