激光表面加工應用介紹

來源:海力士光電科技    關鍵詞:激光熔覆, 激光淬火, 激光束,    發布時間:2018-11-14

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 經過激光處理的表面使工件更加耐負荷。激光淬火、熔化和涂層使工件更加耐負荷:提高了硬度和韌性、改變表面組織結構、在表面生成壓力張力或保護涂層。激光打標和激光微加工也能改變工件的表面。

【激光淬火】
激光淬火的原理:激光束加熱金屬的表面層,快速冷卻使其硬度增加。激光淬火技術的優點是只需很少的后續加工,且可以加工不規則的三維工件。由于熱輸入量很小,工件的變形就很小,減少甚至完全不必再作后續加工。

激光淬火屬于表面層硬化工藝。只能用于可以硬化的鐵基材料。也就是碳素含量超過 0.2%的鋼和鑄鐵。

為了使工件硬化,激光束在大多數情況下將金屬表面層加熱到接近熔點,即大約 900 至 1400℃。表面達到所需要的溫度時,激光束離開此位置,繼續向前前進,沿著新進方向持續加熱工件表面。在高溫的作用下,金屬晶格中的碳原子改變其位置(奧氏體化 )。一旦激光束離開某位置,該位置周圍的材料就使灼熱的表面層很快冷卻下來。這種現象稱之為“自淬火”。由于快速冷卻,金屬晶格不會恢復到原始形狀,而是產生馬氏體。馬氏體是一種硬度極高的金屬結構。轉化為馬氏體就能提高材料的硬度。


激光束加熱工件的表面層。典型的表面硬化深度為 0.1 至 1.5 mm,有些材料達到 2.5 mm 甚至更高。如果要表面硬化深度越大,則周圍的體積必須越大,從而可以將熱量快速導出,使硬化區可以足夠快速地冷卻。激光淬火工藝只需相對較小的功率密度。同時,應在同一平面上對工件進行加工。因此,要使激光束可以照射到盡量大的平面上。目前常用的是正方形的照射面。同樣,掃描鏡組也用于激光淬火工藝,使圓形的光斑的激光束非??斓貋砘匾苿?。在工件表面形成功率密度基本上均勻的一條線??梢陨蓪挾茸畲?60 mm的硬化軌跡。如上圖靠近渦輪增壓器這個軸的軸承部位經過了激光淬火處理。

【激光熔覆】
為了提高材料的耐磨損性或者對表面改性處理,人們采用激光堆焊工藝。利用激光熔覆系統可以在現有工件的表面涂鍍金屬涂層,質量如同鑄造一樣。沒有質量損失、密封、無氣孔和裂紋。

利用激光熔覆系統使激光堆焊工藝變得十分簡單:在經過準備處理的表面上,用激光產生一個熔池。通過噴嘴將粉末狀材料噴到表面上,當新的材料凝固后便開始下一層的焊接,或者作后續加工。
 
一般激光熔覆系統由三個主要的功能單元組成:粉末輸送器、粉末輸送線和帶有粉末噴嘴的加工鏡組。粉末輸送器是一個可移動的單元,緊靠在激光加工機旁邊。來自幾個容器的粉末氣體混合物在粉末輸送器中混合成一種粉末流,以精確設定的流量導入粉末噴嘴。集成的傳感器系統隨時確保材料涂鍍的高質量。
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