TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu công nghệ làm sạch bề mặt chi tiết cơ khí làm bằng vật liệu thép và hợp kim nhôm sử dụng laser sợi quang ở chế độ phát xu
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH
Tổng quan về làm sạch bề mặt
Làm sạchbề mặt là một quá trình loại bỏ các hạt, lớp tạp chất (gỉ sét, bụi bẩn…) hay các lớp chất hữu cơ, rêu mốc, sinh vật sống bám trên bề mặt các chất nền Làm sạch bề mặt rất cần thiết trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ công nghiệp, sản xuất tới đời sống hàng ngày Làm sạch các loại bề mặt là công đoạn rất quan trọng trong ngành cơ khí chế tạo, tàu biển, ô tô và cơ khí giao thông, hàng hải và bảo dưỡng công nghiệp Một số ứng dụngcụ thểvề vai trò của công nghệ làm sạch:
- Loại bỏ các hạt bụi, các lớp bẩn, tạp chất hữu cơ trên bề mặt, tăng tuổi thọ làm việc của chi tiết cơ khí.
Làm sạch gỉ thép, lớp sơn cũ trên bề mặt kim loại giúp duy trì độ bền và vẻ ngoài mới cho các vật dụng Quá trình làm sạch bề mặt chất bán dẫn và thiết bị vi cơ đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu, giảm thiểu hỏng hóc Ngoài ra, loại bỏ các lớp tạp chất khỏi các chi tiết máy móc, công tắc điện và bề mặt cathode giúp nâng cao độ chính xác và độ bền của thiết bị điện tử, góp phần kéo dài tuổi thọ sản phẩm.
- Trước khi tiến hành mạ bề mặt cầnloại bỏ tất cả các tạp chất có trên bề mặt chi tiết.
- Trước khi sửa chữa, bảo dưỡng một loại mũi khoan dầu (trong ngành dầu khí) hay một chi tiết máy vận hành trong môt trường dầu mỡ, người ta cũng phải làm sạch các lớp dầu mỡ bám trên bề mặt để quan sát chỗ hỏng dễ dàng hơn, cũng như để tiến hành sửa chữa.
- Trước và sau khi thực hiện các mối hàn, người ta đều cần làm sạch.
- Làm sạch các lớp rỉ sét trên bề mặt kim loại.
- Làm sạch bề mặt bên trong lòng khuôn của các loại khuôn đúc cao su, khuôn đúc nhôm
Các tiêu chuẩn làm sạch bề mặt
1.2.1 Mức độ sạchtrên bề mặt thép Độ sạchmô tả mức độ tinh khiết của bề mặt dự trên lượngcáu cặn và rỉ sét còn tồnt tại trê bề mặt Các tiêu chuẩn khác nhau xác định mức độ tinh khiết và thường được yêu cầu bởi nhà sản xuất sơn hoặc khách hàng của một dự án Bề mặt thép được sơn thông thường yêu cầu độ tinh khiết SA 2.5 hoặc SA 3 Trong quá trình làm sạch, bề mặt phải được làm sạch tất cả các thành phần sắt và kim loại Nếu cặn còn sót lại trên bề mặt, nó sẽ làm cong vênh và ảnh hưởng đến độ bám dính của lớp sơn phủ sau này và khả năng chống ăn mòn Những chất bẩn này có thể là:
- Lớp sơn cũ hoặc lớp phủ
1.2.2 Tiêu chuẩn Thuỵ Điển SIS 05 5900 – 1967
Tiêu chuẩn làm sạch bề mặt phổ biến nhất là tiêu chuẩn chuẩn bị cho bề mặt thép, ký hiệu SIS 05 5900 – 197, do Viện Nghiên cứu Ăn mòn Thụy Điển soạn thảo phối hợp cùng Hiệp hội Kiểm tra và Vật liệu Hoa Kỳ (ATSM) Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu cụ thể về độ sạch, loại bỏ tạp chất và chuẩn bị bề mặt thép để đảm bảo tính chất phù hợp cho quá trình xử lý tiếp theo Việc tuân thủ tiêu chuẩn giúp nâng cao chất lượng và độ bền của các sản phẩm thép khi đưa ra thị trường.
Uỷ ban nghiên cứu sơn cấu trúc thép (SSPC).Bảng 1.1 nêu chi tiết về tiêu chuẩn Thuỵ Điển 05 5900 -1967:
Bảng 1.1 Tiêu chuẩn Thụy Điển 05 5900- 1967
SA Làm sạch bề mặt thép có phủ và không phủ.
Làm sạch bề mặt bằng chổi quét.
SA 1 Bề mặt không có các thành phần kim loại như dầu, mỡ, bụi bẩn và mất lớp sơn Mất các lớp sắt từ quá trình sản xuất vì cặn, cáu cặn và rỉ sét của nhà máy được loại bỏ Lớp cặn, rỉ và sơn còn lại bám chặt và bề mặt có thể tạo nhám đủ để lớp sơn sau bám dính tốt.
Làm sạch bề mặt bằng cách phun cát.
SA 2 Bề mặt không có các thành phần kim loại như dầu, mỡ, bụi bẩn và mất lớp sơn Mất các lớp sắt từ quá trình sản xuất vì cặn, cáu cặn và rỉ sét của nhà máy được loại bỏ Lớp cặn, rỉ và sơn còn lại bám chặt và bề mặt có thể tạo nhám đủ để lớp sơn sau bám dính tốt.
Làm sạch bề mặt bằng cách phun cát đến khi bề mặt gầnđồng nhất.
Như với SA 2 Chỉ có thể nhìn thấy các dấu vết hoặc sắc thái của các lớp loại 95% của mỗi inc vuông phải không có cặn để có thể nhìn thấy được.
Làm sạch bề mặt bằng cách phun cát đến khi bề mặt đồng nhất.
Quá trình SA 2.5 và quá trình phụ đảm bảo phôi có bề mặt kim loại màu trắng xám đồng nhất, mang lại chất lượng hoàn thiện cao Trong quá trình này, tất cả cặn sắt và kim loại màu đều được loại bỏ hoàn toàn 100%, giúp tăng độ sạch và độ bền của sản phẩm Quy trình này đặc biệt quan trọng trong việc chuẩn bị mặt phẳng để tiếp tục các bước gia công tiếp theo, đảm bảo hàng hóa đạt tiêu chuẩn về mặt kỹ thuật và thẩm mỹ.
Làm sạch bề mặt bằng cách phun cát.
Loại bỏ một phần các khu vực bị hư hỏng.
Loại bỏ ngay vết rỉ sét, cáu cặn, lớp phủ lỏng lẻo và các chất gây ô nhiễm Các khu vực tiếp xúc còn lại hiển thị bóng râm nhẹ tương ứng với SA 2.5.
Lớp phủ còn lại còn nguyên vẹn, nên tiến hành kiểm tra độ bám dính
ST Tẩy gỉ bằng tay hoặc máy công cụ.
Lớp phủ lỏng lẻo và cặn bẩn của máy nghiền được loại bỏ triệt để, giúp cải thiện hiệu suất hoạt động Quá trình làm sạch còn loại bỏ các vết gỉ sét, để lại bề mặt có ánh kim loại mờ, tăng độ bền và độ tin cậy của thiết bị Việc duy trì lớp phủ sạch sẽ giúp giảm thiểu sự cố và kéo dài tuổi thọ cho máy nghiền.
Giống như ST2, hơn nữa kim loại này có độ sáng bóng kim loại cao hơn
Để đảm bảo mặt phủ sạch sẽ, cần loại bỏ cặn, cáu cặn, rỉ sét, sơn phủ và các tạp chất bên ngoài Các chất cặn thường thể hiện rõ qua sự đổi màu và sắc thái khác biệt trên bề mặt, giúp quá trình làm sạch và xử lý trở nên hiệu quả hơn Việc loại bỏ các tạp chất này không chỉ nâng cao độ bền của lớp phủ mà còn đảm bảo tính thẩm mỹ và tuổi thọ của công trình.
Tẩy gỉ bằng axit (tẩy gỉ bằng hóa chất).
Tất cả các thành phần sắt và kim loại đều được loại bỏ Trước khi sơn phủ bề mặt phải được xử lý lại bằng chất tẩy rửa trung tính.
Bảng 1.2 Các cấp độ sạch theo tiêu chuẩn 05 5900- 1967
1.2.3 Các tiêu chuẩn tương đương
Ngoài tiêu chuẩn Thuỵ điển 05 5900 – 1967 ra, trên thế giới cũng có một số tiêu chuẩn làm sạch bề mặt khác nữa cũng được sử dụng phổ biến Các tiêu chuẩn được sử dụng nhiều nhất là: NACE (Hiệp hội Kỹ sư Ăn mòn Quốc gia) tiêu chuẩn Thụy Điển - dành cho Châu Âu (SIS 05 5900), SSPC (Hội đồng Sơn và Kết cấu Thép) và Tiêu chuẩn Anh (BS 4232) Tiêu chuẩn DIN 55928 của Đức và ISO 8501-1 + 2 giống với tiêu chuẩn của Thụy Điển.Bảng dưới đây cung cấp một cái nhìn tổng quan về các tiêu chuẩn chuẩn bị bề mặt được quốc tế công nhận:
Bảng 1.3 Các tiêu chuẩn tương đương.
Sweden England USA USA Canada China Japan
SSPC NACE CGSB GB SPSS
SA1 Light SSPC NACE 4 31 GP Sd1/Sd2 blast to SP 7 404 Type brush of 3
SA2 Third SSPC NACE 3 31 GP SA2 Sd1/Sd2
SA2.5 Second SSPC NACE 3 SA2.5 Sd3
SA3 SSPC NACE 1 31 GP SA3
Một số công nghệ làm sạch áp dụng ở Việt Nam
1.3.1 Các phương pháp cơ học
1.3.1.1 Làm sạch bằng phương pháp thủ công
Phương pháp này dùng để loại bỏ các lớp gỉ có độ bám dính thấp, gỉ sắt, các màng sơn cũ, mối hàn chảy, hạt gỉ sắt trên mặt kim loại bằng bàn chải sắt, bằng búa gõ, bằng giấy nhám, bằng máy chà, bằng dao cạo, Thường được sử dụng cho các chi tiết lớn có bề mặt phẳng và không cần độ chính xác cao Đây là phương pháp thủ công lâu đời, chỉ thích hợp làm sạch với số lượng nhỏ Bởi lẽ cần rất nhiều nhân công cho công việc này, mà hiệu quả đem lại không cao.Ưu điểmcủa phương pháp này là dễ thực hiện, chi phí thấp Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là chất lượng bề mặt không cao, năng suất lao động thấp và có thể gây ra ô nhiễm môi trường do bụi bẩn gây ra, độ ồn.
1.3.1.2 Làm sạch bằng tia nước
Tia nước áp lực cao là công nghệ sử dụng hoàn toàn năng lượng của tia nước tác động lên bề mặt để làm sạch bề mặt đó Hạt mài không sử trong các hệ thống bắn tia nước áp lực cao Đặc điểm này triệt tiêu hoàn toàn các vấn đề gây ra bởi bụi bẩn và hạt mài thải trong quá trình làm sạch Có hai dải áp suất thường được sử dụng:
- Dải áp lực cao: 690 bar đến 1.700 bar
- Dải áp lực siêu cao: từ 1.700 bar trở lên
Một sốđặc tính của phương pháp lằm sạch bề mặt bằng tia nước:
- Có khảnăng loại bỏ tất cả các loại sơn phủ bề mặt
- Loại bỏ rỉ sét và các tạp chất khác trên bề mặt
- Chất lượng bề mặt sau khi làm sạch đápứng theo các tiêu chuẩn quốc tế Công nghệ phun tia nước hiện nay ởcác nước đang phát trển rất mạnh mẽ, không chỉ do nó sạch, an toàn, không cháy nổ cho bản thân nhà máy, mà trên hết là do lượng chất thải phải xử lý giám tới trên 98% dẫn tới chi phí cho việc xử lý cũng giảm đi đáng kể, từ đó giá thành làm sạch bề thấp nên việc áp dụng công nghệ này khá dễ dàng Ngoài ra, do bắn nước không yêu cầu đến bề mặt thép sáng trắng nên mỗi lần làm sạch chiều dày của các tấm thép không bị mất đi từ 0,2-0,3mm như bắn hạt mài, từđó giảm được chi phí thay tôn mới, kéo dài tuổi thọ
7 của tàu thuyền, thiết bị nhiều lần Đặc biệt, công nghệ bắn nước không gây ra nhiệt, không phát sinh các tia lửa như bắn hạt mài nên rất an toàn về cháy nổ, nó cho phép có thể tiến hành sửa chữa và sơn trong điều kiện nhà máy vẫn hoạt động bình thường, không phải dừng bảo dưỡng sửa chữa như khi bắn hạt mài
Hình 1.1 Phương pháp làm sạch bằng tia nước [1]
+Cấu tạo cơ bản hệ thống máy phun nước siêu cáo áp bao gồm:
- Động cơ diesel hoặc động cơ điện truyền động cho máy bơm nước cao áp.
- Đường ống cấp nước đầu vào,
- Hệ thống ống cao áp đầu ra và súng phun.
Trong lĩnh vực công nghệ phun nước áp lực cao, người ta phân loại máy theo dải áp lực như sau:
- Từ 350 bar đến 700 bar được gọi là Bơm cao áp Với dải áp lực này các lớp sơn rỗ tróc, hoặc dầu mỡ trên bề mặt sẽ được tẩy sạch.
- Từ 700 bar đến 1700 bar được gọi là Bơm trung cao áp Với giải áp lực này gỉ sắt, rỗ bề mặt kim loại, sơn thông thường cũ sẽ được tẩy sạch.
- Từ 1700 bar đến 2800 bar được gọi là bơm siêu cao áp Với dải áp lực này toàn bộ lớp vật liệu bám trên bề mặt kim loại sẽ được tẩy sạch đưa bề mặt kim loại về trạng thái ban đầu.
Một số ưu điểm của phương pháp phun nước áp lực cao:
- Loạibỏ chi phí phát sinh từviệc mua, lưutrữ và thu hồihạt mài
- Không phát sinh bụi trong không gian làm việc.
- Dễ dàng thu hồi và xử lý chất thải.
- Có thể làm việcở hầuhết các vị trí
- Làm sạch sâu, loại bỏtới các tạpchấttế vi trên bềmặt.
- Chấtlượng và hiệu suất làm sạch cao
Phun cát sử dụng khí nén để phun cát lên bề mặt vật liệu nhằm làm sạch, loại bỏ gỉ sét và đánh bóng, giúp nâng cao tính bề mặt của vật liệu Phương pháp này phù hợp cho cả cát tự nhiên và cát kỹ thuật, đảm bảo hiệu quả tối ưu cho từng loại vật liệu và sản phẩm Công nghệ phun cát được ứng dụng rộng rãi trong các công trình lớn như thi công xây dựng, sửa chữa và bảo trì công nghiệp.
- Lĩnh vực hàng hảiđể làm sạch gỉ sét sơn trên tàu, hàu bám vào tàu biển, vết rêu mốc
- Kết cấu thép tại các nhà máyđể làm sạch như các gỉ sét, sơn cũ, xăng dầu, hóa chất dễ cháy…
- Phục hồi bề mặt và xóa bỏ các hình vẽ trên tường, xây dựng và bảo dưỡng cầu, công trình giao thông, công trình kiến trúc
Phương pháp phun cát là hiệu quả trong việc làm sạch bề mặt thép bị gỉ hoặc “bẩn”, sử dụng các hạt cát, đá hoặc sỏi nhỏ với tốc độ cao để loại bỏ bụi bẩn và gỉ sét Các hạt mài có kích thước từ 0,3 đến 1,5 mm được chứng minh là phù hợp nhất để đạt tiêu chuẩn chuẩn bị bề mặt, đặc biệt hiệu quả đối với các bề mặt bị lõm sâu Sử dụng hạt sỏi trong quá trình chuẩn bị bề mặt thường mang lại hiệu quả vượt trội so với cát, đồng thời giúp tiết kiệm thời gian và chi phí Hiệu quả của việc chuẩn bị bề mặt phụ thuộc vào mức độ gỉ sét, độ rỗ và tính chất của bề mặt cần làm sạch; bề mặt tôn còn mới, phẳng sẽ tốn ít chi phí hơn so với các bề mặt bị gỉ hoặc rỗ nhiều.
Nguyên liệu chính dùng cho phương pháp này là cát đánh bóng (Hình 1.3), cát cho máy phun và bi chuyên dụng Bi dùng trong máy có 2 loại là tròn và
Các loại bi mài góc cạnh có kích thước nhỏ, với đường kính khoảng 0,7 mm, phù hợp để tạo độ nhám cho bề mặt Trong đó, bi tròn thường được sử dụng để mài nhẵn và làm mịn bề mặt, còn loại góc cạnh chủ yếu dùng để tạo độ nhám phù hợp cho các ứng dụng cần kết cấu bề mặt đặc biệt.
Hình 1.2 Bi dùng trong máy phun cát
Hệ thống phun cát nên được thực hiện sao cho phần nền của bề mặt không bị phá hủy Phun cát thường được thực hiện từ trên xuống dưới của cấu trúc và chỉ nên thực hiện thuận chiều gió trong các vùng đã được sơn Hệ thống phun cát khô không nên thực hiện ở các bề mặt sau khi phun cát bịẩm Kiểm soát kỹ những vết bẩn dầu mỡ hay bất kỳ vết bẩn nào trên bề mặt trước khi phun Khi phun cát, tất cả các chất bẩn phải được loại bỏ bằng dung môi Bề mặt được phun phải khô, được chải với bàn chải sạch, thổi với không khí khô không có dầu và hơi ẩm, hay làm sạch bằng hút chân không để làm sạch tất cả các bụi bẩn do quá trình thổi còn lưu lại trên bề mặt đồng thời để làm sạch những vị trí góc cạnh mà thiết bị phun cát không xửlý được Bề mặt sau khi đã làm sạch bằng phun cát phải được sơn lót ngay trong ngày, thích hợp nhất là trong khoảng thời gian 8 giờ sau khi phun, hoặc trong lúc chưa có bất kỳ vết gỉ nào xuất hiện Nếu xuất hiện gỉ hoa trên bề mặt thì phải phun cát làm sạch lại Đây là phương pháp được dùng phổ biến, chất lượng bề mặt được chuẩn bị cao Các vết gỉ, chất bẩn bị loại bỏhoàn toàn đồng thời bề mặt được tạo nhám tốt để cải thiện độ bám dính của lớp sơn Nhược điểm của phương pháp này gây ô nhiễm môi trường rất lớn: để làm sạch 1 m 2 bề mặt thông thường người ta phải sử dụng từ 50-100kg hạt mài Khi hạt mài bắn vào bề mặt để làm sạch cộng với sơn, rỉ sắt và các chất khác (dầu, hóa chất…) bám trên bề mặt trong quá trình chuyên chở, một phần bị vỡ ra (khoảng 10 - 30 %) bay lên trời,
Các hạt bụi phát tán rộng, có thể bay xa hàng ngàn mét nhờ gió, gây ô nhiễm không khí trên diện rộng Một phần của bụi rơi xuống đất sẽ được thu gom và xử lý, nhưng nếu quá trình thu gom không triệt để hoặc xử lý không hiệu quả, có thể gây ô nhiễm đất và nước, đe dọa môi trường nghiêm trọng Quá trình này còn phát sinh tiếng ồn lớn, nhiệt, tia lửa điện và mài mòn kim loại không mong muốn, gây tác động tiêu cực đến môi trường và an toàn lao động.
+ Có 2 dạng phun cát là phun cát khô và phun cát ướt:
Làm sạch bằng phun cát ướt sử dụng hỗn hợp nước và cát dưới áp suất cao để xử lý các mảng gỉ lớn trên bề mặt thép Phương pháp này có ưu điểm giảm thiểu bụi bẩn, hạn chế ô nhiễm môi trường, đồng thời cho hiệu quả xử lý nhanh và khối lượng công việc lớn Tuy nhiên, sau quá trình làm sạch, bề mặt thép bị ướt cần được làm khô hoàn toàn trước khi tiến hành sơn phủ để đảm bảo chất lượng lớp phủ.
Hình 1.3 Phương pháp làm sạch bằng vòi phun cát ướt [2]
- Làm sạch bằng phun cát khô:Đây là phương pháp được dùng phổ biến, chất lượng bề mặt được chuẩn bị rất cao Các vết gỉ, chất bẩn bị loại bỏ hoàn toàn đồng thời bề mặt được tạo nhám tốt, độ bám dính của lớp sơn được cải thiện rõ rệt.Các hạt cát, đá, sỏi nhỏ được đẩy tới với một tốc độ cao qua miệng ống phun sẽ tác động lên bề mặt để làm sạch gỉ và các chất bẩn dính trên bề mặt này.Kích thước hạt mài (cát, sỏi) khoảng (0,3÷ 1,5) mm (12 ÷ 60 mils) là kích thước được kiểm nghiệm có hiệu quả nhất, đạt được các tiêu chuẩn về chuẩn bị bề mặt theo quy định, đặc biệt có hiệu quả khi làm sạch bề mặt bị lõm sâu.Đây là phương pháp phun cát làm sạch gỉ sét được dùng phổ biến nhất hiện nay Xử lýbề mặt kim loại với khối lượng lớn và công nghiệp Các vết gỉ, chất bẩn bị loại bỏ hoàn toàn, bề mặt được tạo nhám rất tốt, độ bám dính của lớp sơn hiệu quả hơn rất nhiều, giá cát phun làm sạch bề mặt kim loại thấp hơn nhiều so với phun bằng bi hay bột mài Tuy nhiên phương pháp này tạo nhiều bụi nên gây ô nhiễm môi trường.
Hình 1.4 Phương pháp phun cát khô [2]
1.3.1.3 Làm sạch bằng phương pháp phun bi
CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH BỀ MẶT CHI TIẾT CƠ KHÍ BẰNG LASER
Laser CO 2
Laser carbon dioxide (CO2)là một laser dựa trên khí phát ra ánh sáng hồng ngoại ở bước súng 10,6 àm và cung cấp cụng suất đầu ra trung bỡnh cao (lờn đến
Laser có công suất khoảng 50 kW với tỷ lệ giữa công suất đầu ra và công suất bơm gần 20%, được tạo ra từ sự quay và rung động của oxy do phóng điện qua hỗn hợp khí gồm CO₂, N₂ và He Mặc dù tia laser này cho chất lượng chùm sáng tốt, dễ tập trung và hội tụ, nhưng yêu cầu hoạt động phức tạp và độ bền cao vì tia laser không truyền qua sợi quang học Trong kỹ thuật, người ta thường sử dụng laser xung có thời gian từ 10⁻⁶ đến 10⁻⁹ giây, điện áp hàng trăm kV và dòng vài Ampe Để giảm sự thoái hóa khí, khí được luân chuyển liên tục trong ống bằng bơm chân không.
Hình 2.8: Laser CO 2 trong thực tế [30]
Nd: YAG laser
Laser Nd:YAG là một loại laser bán dẫn trạng thái rắn phát ra ánh sáng có bước sóng 1.06 μm trong vùng hồng ngoại gần Các ion Neodymium trong cấu trúc tinh thể Y3Al5O12 (YAG) đóng vai trò quan trọng tạo ra ánh sáng laser, với sự dịch chuyển chính từ mức 4F3/2 xuống 4I11/2 phát ra bức xạ có bước sóng khoảng 1064 nm Laser Neodymium-YAG được ứng dụng rộng rãi trong y học, công nghiệp và nghiên cứu nhờ đặc tính phát xạ ổn định và hiệu quả cao.
Hình 2.9 Sơ đồ mức năng lượng của Ion Nd 3+
Công suất đầu ra của hệ thống dao động từ 3 đến 1000W, phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau Đặc biệt, khi sử dụng laser diode để bơm, công suất chỉ từ 15 đến 100W, giúp tiết kiệm năng lượng và tối ưu hóa hiệu suất vận hành Laser có khả năng hoạt động ở cả chế độ sóng xung và sóng liên tục, tùy thuộc vào nguồn bơm được sử dụng như bơm đèn xe hoặc laser bán dẫn, mang lại tính linh hoạt cao trong quá trình sử dụng.
AlGaAs) Chất nền ở dạng thanh có đường kính từ3 đến 6 mm, chiều dài từ5 đến 15cm Độ đồng nhất cao đảm bảo góc phân kỳ nhỏ và cho phép bức xạđều, giá thành rẻ, dẫn nhiệt tốt, có độ bền cơ học, bền nhiệt cao, thời gian phục vụ lâu Tính dẫn nhiệt và chịu nhiệt kém, hạn chế khảnăng nâng cao công suất hoặc khi làm việc ở chếđộ liên tục [31]
Trong công nghiệp vật liệu như khoan, hàn với tần số xung từ10 đến 100Hz và độ dài xung từ 1 đến 100ms Trong các ứng dụng hàn, với việc sử dụng sợi quang, Nd-YAG có nhiều ưu điểm về tính mềm dẻo hơn so vơi laser CO2 Mặc dù laser Nd: YAG có công suất đầu ra thấp hơn và hạn chếnhưng sự hấp thụcao đối với các hợp kim nhôm ở các bước sóng Hơn nữa, loại laser này tốt hơn cho quy trình tựđộng vì ánh sáng laser có thể truyền qua sợi quang.
Laser sợi quang
Nguyên lý hoạt động của hệ thống làm sạch bề mặt chi tiết cơ khí bằng
Laser 980 nm tạo ra chùm tia trong vùng hồng ngoại gần, với bước sóng từ 1030 nm đến 1070 nm, phù hợp cho nhiều ứng dụng y học và công nghiệp Công nghệ laser sợi quang này nổi bật với chất lượng chùm tia ổn định, độ phân tán thấp (đạt 0.3), mang lại hiệu quả cao trong quá trình sử dụng Với đặc tính bước sóng phù hợp và chất lượng chùm tia vượt trội, laser sợi quang 980 nm là lựa chọn hàng đầu cho các hệ thống yêu cầu độ chính xác và hiệu quả cao.
Laser sợi quang Yb có khả năng chống nhiễu từ môi trường tốt và hệ thống nhỏ gọn, linh hoạt phù hợp cho nhiều ứng dụng công nghiệp [32] Tuy nhiên, laser Yb còn gặp phải một số hạn chế do hiệu ứng quang học phi tuyến xảy ra khi hoạt động ở công suất cao, gây giảm hiệu suất như tự điều chế pha, hiệu ứng Kerr và Raman Sự thay đổi phân cực không mong muốn do ứng suất của sợi quang khi chịu uốn, rung động hoặc nhiệt độ cũng ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng và công suất chùm tia đầu ra Trong những năm gần đây, laser sợi quang, đặc biệt là laser Yb, đã có sự phát triển mạnh mẽ về công suất, chất lượng và ứng dụng trong ngành công nghiệp chế tạo Yb laser được sử dụng để gia công nhiều loại vật liệu như nhôm, đồng, thép, thép không gỉ, titan, vàng bạc, đặc biệt có thể đạt độ rộng xung ở cấp độ femto-giây để gia công các vật liệu đặc biệt với chất lượng cắt cao và giảm thiểu vùng ảnh hưởng nhiệt Trong nghiên cứu này, nguồn laser sợi quang được sử dụng để làm sạch bề mặt các chi tiết cơ khí, và các tham số công nghệ của laser đã được phân tích và đánh giá chi tiết để tối ưu hiệu quả gia công.
2.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống làm sạch bề mặt chi tiết cơ khí bằng laser
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống làm sạch bằng laser được thể hiện trong hình
2.10 Nguồn laser phát xung có độ rộng xung hẹp (nano-second) và tần số phát xung cao (kHz) và do đó mang năng lượng lớn Laser được truyền dẫn trong sợi quang có độ dài từ 2m đến 10 m để dễ dàng trong quá trình gia công Chùm laser được chuẩn trực khi ra khỏi sợi quang và đi đến hệ gương quét Galvo Hệ gương Galvo gồm 2 gương được điều khiển để quét chùm tia theo 2 phương XY phủ toàn bộ bề mặt chiết cần làm sạch Thấu kính hội tụ (F-Theta lens) dùng cho laser công suất cao được sử dụng để hội tụ chùm tia, tập trung năng lượng cho vùng cần làm sạch trên chi tiết Thay đổi thông số của nguồn (công suất, độ rộng xung, tần số
34 phát xung), vận tốc quay của gương sẽ thay đổi tốc độ làm sạch bề mặt Toàn bộ tín hiệu điều khiển được lập trình và điều khiển trên máy tính trung tâm.
Hình 2.10 Sơ đồ hệ thống làm sạch sử dụng laser quang sợi
+ Cấu tạo của hệ thống làm sạch bằng laser
Hệ thống làm sạch bề mặt bằng công nghệ laser gồm ba phần chính: nguồn laser sợi quang, đầu quét, bộ phận làm mát và gá lắp cơ khí:
Nguồn laser sợi quang gồm nguồn bơm là các nguồn laser bán dẫn và sợi quang khuếch đại công suất, đóng vai trò như buồng cộng hưởng và phần tử phát xạ laser Sợi quang được pha thêm ion đất hiếm để hấp thụ bức xạ laser từ nguồn bơm, chuyển năng lượng lên mức cao hơn, tạo ra hiện tượng nghịch đảo nồng độ Các ion ở mức năng lượng cao nhanh chóng chuyển về mức thấp hơn, giải phóng photon thứ cấp có bước sóng dài hơn bước sóng của nguồn bơm, các photon này bị giữ trong lớp lõi của sợi quang Để tạo ra buồng cộng hưởng, hai đầu của sợi quang được chế tạo đúng cách nhằm phản xạ các photon, duy trì quá trình phát xạ laser ổn định và hiệu quả.
Cách tử phản xạ Bragg có kết cấu dạng răng cưa hoặc hình thang với mức chiết suất thay đổi, giúp phản xạ ánh sáng hiệu quả trong laser quang sợi Khi laser đi qua các đỉnh của cách tử Bragg, một phần chùm tia phản xạ lại như vai trò của gương trong buồng cộng hưởng, tăng cường hiệu suất hoạt động của laser Tuy nhiên, việc tập trung bức xạ laser từ nguồn bơm vào lõi nhỏ của sợi quang gặp nhiều khó khăn, vì vậy phướng pháp đưa bức xạ vào lớp phủ có kích thước lớn hơn để phản xạ nhiều lần, nâng cao khả năng hấp thụ photon Vật liệu chế tạo lõi sợi quang thường sử dụng các nguyên tố đất hiếm như Neodymium (Nd), Ytterbium (Yb), Erbium (Er), Thulium (Tm), phù hợp với các bước sóng laser bơm khác nhau, như được liệt kê trong Bảng 2.2.
Hình 2.11 Cấu tạo của nguồn laser quang sợi
Hình 2.12 Cấu tạo của sợi quang
Bảng 2.2: Các nguyên tố đất hiếm thường dùng làm lõi sợi quang khuếch đại
Nguyên tố đất hiếm Bước sóng nguồn bơm Bước sóng đầu ra Hiệu suất lượng tử
Neodymium (Nd) 808 nm 1064 nm,1088 nm 76 %
(Yetterbium (Yb) 910 nm, 940 nm, 975 nm
Erbium (Er) 980 nm, 1480 nm 1550 nm 95% hoặc 63%
Thulium (Tm) 793 nm 1750 nm, 2100 nm 50 %
Laser sợi quang có thể hoạt động ở chế độ phát liên tục hoặc phát xung nhờ bộ điều biến quang điện tích hợp trong buồng cộng hưởng, giúp linh hoạt trong các ứng dụng khác nhau Chế độ phát xung thường được sử dụng để tạo ra năng lượng tức thì lớn, phù hợp để bóc tách và loại bỏ lớp bụi bẩn trên bề mặt vật liệu Độ rộng xung từ 10 ns đến 300 ns và chu kỳ phát xung từ 50 kHz đến 1 MHz cho phép tối ưu hóa quá trình gia công vật liệu Mối quan hệ giữa công suất đỉnh của xung và công suất danh nghĩa được mô tả bằng phương trình 2.7, giúp kiểm soát chính xác năng lượng phát ra trong từng xung.
Pp= (Pa x T)/ τ 2.7 trong đó Pp : công suất đỉnh, Pa:công suất trung bình, τ: độ rộng xung, T : chu kỳ phát xung Nguồn laser có công suất trung bình 50 W, độ rộng xung 100 ns và chu kì phát xung 1 kHz sẽ tạo ra công suất đỉnh xung 500 kW.
Hình 2.13 Mối quan hệ giữa công suất đỉnh và công suất trung bình
- Đầu quét laser: Đầu quét được tạo thành từ 2 gương phẳng có hệ số phản xạ cao và thấu kính hội tụ có quang sai nhỏ Hệ quang được làm bằng vật liệu và lớp phủ đặc biệt để chịu được công suất quang lớn Hai gương này được điều khiển góc quay chính xác bằng động cơ bước để lái chùm laser quét trên bề mặt chi tiết theo 2 phương Độ phân giải góc thông thường cần đạt 50 μrad Thấu kính hội tụ có quang sai méo ảnh nhỏ hơn 0.5 % và phủ lớp chống phản xạ Tốc độ quét và hệ số phản xạ là hai thông số quan trọng với đầu quét laser.
- Bộ phận làm mát và gá lắp cơ khí: Nhiệt sinh ra trong quá trình làm việc ảnh hưởng đến công suất và tuổi thọ của hệ thống làm sạch Do đó cần thiết kế hệ thống làm mát cho nguồn phát và đầu quét laser Đồng thời để tăng hiệu quả và chất lượng làm sạch cần thiết kế, chế tạo hệ thống gá đặt dịch chuyển đầu quét chính xác và linh hoạt.
Ưu điểm vượt trội công nghệ làm sạch laser sử dụng sợi quang
Các nguồn laser công suất cao hiện nay có khả năng phát xung linh hoạt với phổ xung rộng từ 10 nm đến 300 nm, tạo ra năng lượng tức thời lớn từ kilowatt đến megawatt trong thời gian cực ngắn Công nghệ này cho phép loại bỏ lớp bề mặt rất mỏng ở cấp độ nanomet đến micromet mà ít gây biến dạng nhiệt cho vật liệu nền, đồng thời có thể tùy chỉnh độ sâu của lớp bị loại bỏ bằng cách thay đổi tần số, độ rộng xung và công suất nguồn phát Nhờ đó, laser làm sạch bề mặt là công nghệ tối ưu trong ngành công nghiệp bán dẫn, quang học và các lĩnh vực đòi hỏi độ chính xác cao, không cần sử dụng lực tác dụng ngoại lực và có khả năng loại bỏ oxit bền trên bề mặt mà vẫn giữ nguyên chất lượng.
Công suất trung bình (Pa) Độ rộng xung (τ ) Chu kỳ phát xung (T)
38 bề mặt của chi tiết Trong khi các phương pháp làm sạch truyền thống như phun cát, phun bi, tia nước áp suất cao, công nghệ sóng siêu âm, hay phương pháp hóa học thường gây hư hại, biến dạng bề mặt hoặc không đủ năng lượng để loại bỏ lớp oxit này Nguồn laser có dải bước sóng rộng, do đó sử dụng các bước sóng khác nhau 1064 nm, 532 nm, 355 nm, 248 nm tùy vào vật liệu của chi tiết cần làm sạch cho hiệu suất làm sạch ngày càng được nâng cao Lựa chọn bước sóng, độ rộng xung và tần số xung chính xác sẽ bỏ lớpbẩn bề mặt mà không hại cho vật liệu nền Chỉ có các lớp oxit, rỉ sét, sơn, dầu, cặn, bị tác động bởi chùm tia laser Các lớp này có thể được loại bỏ theo độ dày được đo trong phạm vi micron.
Một máy quét laser hiệu quả cần có năng suất làm sạch cao, tuổi thọ dài và tính linh hoạt trong sử dụng Công nghệ laser sử dụng phương pháp chồng xung để tạo thành các đường quét liên tiếp, giúp loại bỏ vật liệu từng lớp một cách chính xác và nhanh chóng Hệ thống quét laser thương mại với công suất trung bình 750 W, thời gian phát xung 30 ns và năng lượng xung tối đa 80 mJ, hội tụ bởi thấu kính có tiêu cự phù hợp, đảm bảo hiệu suất làm việc tối ưu và độ bền cao trong quá trình vận hành.
170 mm Chùm laser được quét bởi hệ gương Galvo với tốc độ quét 5 m/s (đây là tốc độc quét trung bình) Kích thước của chùm tia thông thường nằm trong khoảng từ 435 àm đến 1736 àm Cụng suất đỉnh xung mà hệ thống tạo ra là 3 MW, tốc độ làm sạch bề mặt đạt vài chục cm 2 /giây, tùy thuộc vào vật liệu cơ bản, lớp phủ và chất lượng bề mặt cần thiết Tốc độ làm sạch lớn nhất có thể đạt 100 cm 2 /giây thông qua sự kết hợp giữa công suất, tốc độ quét và định hình chùm tia Laser sợi quang có thể điều chỉnh linh hoạt các thông số độ rộng xung từ 50 -200 ns, chu kỳ phát xung từ 100 Hz -100 kHz, tốc độ quét có thể điều chỉnh từ 0,5 m/s đến 8m/s
Làm sạch bằng laser mang lại năng suất cao, đáp ứng nhu cầu sản xuất công nghiệp hiệu quả Thử nghiệm cho thấy tốc độ làm sạch bề mặt thép đạt đến 64 cm²/s, cao hơn nhiều so với phương pháp làm sạch bằng vòi phun hoá chất thường chỉ đạt 20 cm² Hệ thống sử dụng các sợi quang giúp vận hành linh hoạt, kích thước nhỏ gọn và có tuổi thọ cao hơn 60.000 giờ làm việc, đảm bảo hiệu quả lâu dài trong quá trình công nghiệp.
XÂY DỰNG QUY TRÌNH LÀM SẠCH BỀ MẶT CHI TIẾT CƠ KHÍ BẰNG LASER SỢI QUANG
Xây dựng quy trình làm sạch trên thiết bị Brimo MF50
Chuẩn bị điều kiện thí nghiệm
• Thiết bị Brimo MF50 làm việc được dưới môi trường có độ ẩm từ
10-80% Tránh tiếp xúc với môi trường có độ ẩm cao (bật máy hút ẩm trước khi vận hành khoảng 6h).Thông số kỹ thuật chính của thiết bị cho trong bảng 3.1
Bảng 3.1 Thông số của hệ làm sạch laser
Nguồn laser Công suất trung bình 50W Độ rộng xung 50-200 ns
Chu kì phát xung 100 Hz – 1000 kHz
Sợi quang Vật liệu Sợi quang pha
Hệ quét Phạm vi quét 150mm x 150mm
• Hoạt động tốt khi nhiệt độ môi trường từ 0-40 o C Khi nhiệt độ vượt quá phạm vi trên sẽ kích hoạt cảnh báo.
- Chi tiết cần làm sạch: chuẩn bị mẫu kim loại cần làm sạch
- Đồ bảo hộ: quần áo bảo hộ, giày, găng tay, kính bảo hộ
- Kiểm tra thiết bị, nguồn điện:
• Nguồn cung cấp chính (24V DC) phải đảm bảo cung cấp dòng điện hoạt động liên tục
Thép SKD11 có thành phần cấu tạo và cơ tính nổi bật, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao, chịu mài mòn tốt Mẫu làm sạch với kích thước 200 × 200 × 5 mm, như đã trình bày trong hình 3.1, cho thấy tính chất vật lý của vật liệu này Thép SKD11 nổi bật với khả năng chịu mài mòn cơ học và mòn nhiệt hiệu quả, nhưng việc làm sạch bề mặt chi tiết từ vật liệu này bằng phương pháp truyền thống gặp nhiều khó khăn do đặc tính cứng và độ bền cao của nó Do đó, thép SKD11 được sử dụng phổ biến trong ngành khuôn mẫu và các chi tiết cơ khí chịu điều kiện môi trường khắc nghiệt, đòi hỏi vật liệu có cơ tính vượt trội.
Bảng 3.2: Thành phần cấu tạo của thép SKD11
Mác thép C Mn P S Si Cr V Mo
Bảng 3.3 : Cơ tính của thép SKD11
Nhiệt độ nóng chảy (C) 1421 Độ giãn nở nhiệt (C -1 ) 12x10 -6
Hệ số dẫn nhiệt (W/mK) 20
Nhôm hợp kim A2024 có thành phần cấu tạo được trình bày trong bảng 3.3, với mẫu làm sạch kích thước 200 × 200 × 5 mm như hình 3.2 Đây là một trong những vật liệu nhẹ, có khả năng chống ăn mòn hóa học tốt, phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau Tuy nhiên, việc làm sạch bề mặt chi tiết cơ khí bằng các phương pháp truyền thống gặp nhiều khó khăn do lớp oxit bề mặt rất bền, độ cứng thấp và dễ gây tổn hại lớp vật liệu nền Nhôm hợp kim A2024 được sử dụng phổ biến trong các lĩnh vực y tế, thực phẩm và hàng tiêu dùng nhờ vào những đặc tính vượt trội của nó. -**Sponsor**Bạn đang tìm cách tối ưu hóa bài viết về hợp kim nhôm A2024 theo chuẩn SEO? [Soku AI](https://pollinations.ai/redirect-nexad/9AYACr8N) có thể giúp bạn! Hợp kim nhôm A2024 là vật liệu nhẹ, chống ăn mòn, nhưng làm sạch bề mặt bằng phương pháp truyền thống gặp khó khăn do lớp oxit bền Hợp kim nhôm được ứng dụng rộng rãi trong y tế, thực phẩm và hàng tiêu dùng, và Soku AI sẽ giúp bạn truyền tải những ý này một cách mạch lạc và thu hút hơn.
Bảng 3.4 :Thành phần hóa học của hợp kim nhôm A2024
Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn
Ti Ag Bi Cd Pb V Zr Al
Hình 3.2.Mẫu hợp kim nhôm A2024
Bước 2: Các thao tác tiến hành thí nghiệm
- Lắp cáp nguồn vào đầu nối và đảm bảo điện áp 220V
- Bật nút EMO để mởkhóa điện
Hình 3.3 Các nút chức năng của máy làm sạch Brimo MF50
- Nhấn nút “breaker’ để bật máy
Hình 3.4 Công tác khởi động máy Brimo MF50
- Bật nguồn (Power) và công tắc laser (Laser Switch) Chờ 6-10s để làm nóng nguồn laser
Hình 3.5 Khởi động màn hình máy Brimo MF50
3) Thiết lập các thông số công nghệ của nguồn:
Hình 3.6 Bảng thông số công nghệ máy Brimo MF50
• Width: Chiều rộng làm việc của laser (1-20mm)
• Speed: Tốc độ quét tỷ lệ thuận với chiều dài làm sạch
• Length: Chiều dài làm việc của laser (1-200mm)
• Laser frequency: Tần số xung 70-1000 kHz
• Pulse width: Độ rộng xung (25-250ns)
• Spiral level: Kích thước bước ren trên hình dạng quét
• Current mode: Chếđộ hoạt động (5 chếđộ)
• On Red: Galvanometer quét mẫu vật để xác định vị trí và laser- guide được bật lên
• Off Red: Có thể dừng quét và tắt laser-guide
• Set: Giao diện đểngười dùng cài đặt các tham số
• English: Cài đặt tiếng Anh hoặc tiếng Trung
• Mode: Có sẵn 5 chế độ mặc định để lựa chọn Có thể cài đặt và lưu lại chếđộ phù hợp để sử dụng về sau
Xác nhận máy và đầu quét đã sẵn sàng hoạt động để đảm bảo quá trình quét diễn ra trơn tru Khi nhấn nút "START", laser-guide tự động tắt, chùm tia quét chuẩn bị hoạt động Người dùng chỉ cần nhấn nút nguồn trên tay cầm để bắt đầu quét và nhả nút để kết thúc quá trình quét an toàn.
• Stop: Thoát khỏi chếđộ làm việc, khi đó nút nguồn trên tay cầm không thể sử dụng
- Giao diện thiết lập: Sử dụng các dầu +/- đểtăng, giảm các thông số
Hình 3.7 Bảng hiệu chỉnh thông số công nghệ máy Brimo MF50
- Các chếđộ hoạt động: Có 5 chếđộ hoạt động Trước khi chọn chếđộ, nếu muốn sửa thông số thì ấn nút “settings”
Hình 3.8 Bảng chế độ làm việc máy Brimo MF50
Hình 3.9 Bảng điều khiển quá trình quét laser của máy Brimo MF50
• B3: Giữ nút nguồn Hand-piece
• Nhả nút nguồn sẽ dừng quá trình làm sạch
Hình 3.10 Đầu quét của máy Brimo MF50
- Xác định độ cao của tay cầm so với chi tiết (254mm)
- Bật On Red đểxác định vị trí bắt đầu làm sạch
Để bắt đầu quá trình quét, ấn "START" và nhấn giữ nút nguồn trên tay cầm Tiếp theo, di chuyển đầu quét đều tay theo một chiều, giữ tốc độ di chuyển ổn định và song song với bề mặt của chi tiết để đảm bảo quét hiệu quả và chính xác.
- Sau khi quét hết 1 lượt tiếp tục quét tiếp từ vị trí ban đầu cho đến khi đạt yêu cầu
- Để kết thúc quá trình làm sạch, nhả nút nguồn trên tay cầm và ấn “STOP” trên màn hình
Bước 3: Kết thúc quá trình
- Tắt máy: Nhả nút nguồn trên tay cầm, sau đó ấn “STOP” trên màn hình, tắt công tắc laser (Laser Switch), tắt nút nguồn, tắt “breaker” và rút nguồn điện
- Ghi chép các thông số và diễn biến kỹ thuật
Thực nghiệm quá trình làm sạch trên thép và hợp kim nhôm
Đểxác định độ dày của các lớp đã loại bỏ của mẫu, công suất trung bình được thay đổi từ60% đến 100% với gia số 10% mỗi bước Các thông số khác, bao gồm độ rộng xung, tốc độ lặp lại và tốc độquét được giữnguyên Điều kiện thí nghiệm được thể hiện trong Bảng 3.4 Bề mặt của cả hai mẫu đã làm sạch được quan sát bằng kính hiển vi điện tửởđộphóng đại 2,5 lần được thể hiện trong Hình 3.12 và Hình 3.14 Để xác minh ảnh hưởng của công suất nguồn laser, độ dày của các lớp bị loại bỏđược đo và thể hiện trên Hình 3.11 và Hình 3.13 Đối với công suất cao hơn 50%, mẫu thép tương tác mạnh với chùm tia laze, trong khi nhôm yêu cầu công suất cao hơn 70% Độ dày của các lớp được loại bỏ được phát hiện là khác nhau giữa các nền thép và nhôm Điều này được cho là do sự khác biệt trong hệ số hấp thụ của các lớp oxit Hơn nữa, độ dày của lớp oxit thép lớn hơn nhiều so với nhôm oxit vì thành phần hóa học của nó Khi công suất nguồn laser tăng lên, độ nhám cũng tăng lên Điều này có thể không phù hợp cho các ứng dụng có độ chính xác cao như bảo dưỡng khuôn mẫu hoặc sản xuất siêu chính xác Do đó, công suất của nguồn sáng có thểthay đổi để loại bỏ nhanh chóng các lớp bị ô nhiễm, nhưng nó có thể không cải thiện hiệu quảđộ nhám của bề mặt đã làm sạch
Bảng 3.4 : Điều kiện thí nghiệm xác định ảnh hưởng của công suất trung bình đến chiều sâu làm sạch
Bảng 3.1: Kết quả làm sạch thép
Công suất (%) Độ dày lớp búc tỏch (àm) trên thép Độ dày lớp búc tỏch (àm) trên nhôm
Hình 3.11 Đồ thị thể hiện độ dày lớp gỉ bị bóc tách theo công suất trên nền thép
Bề dày búc tỏch (àm)
Hình 3.12 Hình ảnh bề mặt thép chụp từ kính hiển vi
Hình 3.13 Đồ thị thể hiện độ dày lớp gỉ bị bóc tách theo công suất trên nền nhôm
Bề dày búc tỏch (àm)
Hình 3.14 Hình ảnh chụp bề mặt nhôm từ kính hiển vi
Tham số thứ hai có ảnh hưởng đáng kểđến chất lượng bề mặt là độ rộng xung
Trong thí nghiệm này, độ rộng xung được kiểm soát trong khoảng 250 ns đến 50 ns Điều kiện thí nghiệm được trình bày trong Bảng 3.6 Nguồn laser có độ rộng xung hẹp có thể tạo ra công suất đỉnh cao và nhiệt độ trong vùng được chiếu sáng thay đổi nhanh chóng Chất lượng bề mặt được đánh giá thông qua độ nhám của bề mặt sau khi làm sạch được thể hiện trong Hình 3.15 Độ rộng xung càng hẹp có thểcó được độ nhám bề mặt tốt hơn Trong thí nghiệm, độ nhám bề mặt của thép và nhụm lần lượt là 0,50 àm và 0,35 àm ở độ rộng xung 50 ns Do đú, kiểm soỏt độ rộng xung có thể là một phương pháp tốt để có được bề mặt mịn của các bộ phận được làm sạch Tuy nhiên, thời lượng xung hẹp trong khoảng pico giây đến femto giây có thểlàm tăng chi phí của quá trình làm sạch
Bảng 3.7 : Điều kiện thí nghiệm xác định ảnh hưởng của độ rộng xung đến chất lượng bề mặt chi tiết sau làm sạch
Công suất trung bình 80 (%) Độ rộng xung 50, 150, 250 (ns)
Hình 3.15 Ảnh hưởng của đọ rộng xung đến chất lượng bề mặt chi tiết được làm sạch
Bảng 3.8 : Điều kiện thí nghiệm xác định ảnh hưởng của tần số lặp đến chất lượng bề mặt chi tiết sau làm sạch.
Công suất trung bình 80 (%) Độ rộng xung 100 (ns)
Tần số quét 600 (m/s) Ở chế độ nano giây, tốc độ lặp lại ảnh hưởng đến việc tạo ra các sóng xung kích trên bề mặt của các mẫu do việc tạo ra một tàu xung Để xác định ảnh hưởng đến độ nhám của bề mặt đã làm sạch, tốc độ lặp lại được thay đổi từ 30 kHz đến 200 kHz Các thông số khác, bao gồm độ rộng xung 100 ns, công suất trung bình 80% và tốc độ quét 600 mm / s được duy trì trong suốt quá trình Kết quả thí nghiệm được thể hiện trong Hình 3.16 Khi tốc độ lặp lại được tăng lên, mật độ của tàu xung được tăng lên tương ứng, và nó có thể duy trì nhiệt độ cao trên bề
Ra ( à n ) Độ rộng xung (ns)
52 mặt mẫu Do đó, biên dạng của các mẫu được làm phẳng, và độnhám được giảm bớt Đáng chú ý là hiệu ứng này cũng phụ thuộc vào chất liệu của mẫu Trong thí nghiệm, nhôm và thép thể hiện các hành vi khác nhau ở một số cấp độ cụ thể của tốc độ lặp lại Đó có thể là do sự khuếch tán nhiệt của vật liệu và độnhám ban đầu trước khi làm sạch mẫu Cả hai thông số đều ảnh hưởng đến quá trình gia nhiệt trên bề mặt và do đó ảnh hưởng đến sựthay đổi độ nhám Tuy nhiên, cả hai bề mặt đều cú độ nhỏm nhỏhơn 0,3 àm Ởgiai đoạn nhỏm này, cỏc bề mặt được làm sạch phù hợp với hầu hết các ứng dụng cơ học
Hình 3.16 Ảnh hưởng của tần số lặp đến chất lượng bề mặt