激光表面加工应用介绍

来源:海力士光电科技    关键词:激光熔覆, 激光淬火, 激光束,    发布时间:2018-11-14

设置字体:
 经过激光处理的表面使工件更加耐负荷。激光淬火、熔化和涂层使工件更加耐负荷:提高了硬度和韧性、改变表面组织结构、在表面生成压力张力或保护涂层。激光打标和激光微加工也能改变工件的表面。

【激光淬火】
激光淬火的原理:激光束加热金属的表面层,快速冷却使其硬度增加。激光淬火技术的优点是只需很少的后续加工,且可以加工不规则的三维工件。由于热输入量很小,工件的变形就很小,减少甚至完全不必再作后续加工。

激光淬火属于表面层硬化工艺。只能用于可以硬化的铁基材料。也就是碳素含量超过 0.2%的钢和铸铁。

为了使工件硬化,激光束在大多数情况下将金属表面层加热到接近熔点,即大约 900 至 1400℃。表面达到所需要的温度时,激光束离开此位置,继续向前前进,沿着新进方向持续加热工件表面。在高温的作用下,金属晶格中的碳原子改变其位置(奥氏体化 )。一旦激光束离开某位置,该位置周围的材料就使灼热的表面层很快冷却下来。这种现象称之为“自淬火”。由于快速冷却,金属晶格不会恢复到原始形状,而是产生马氏体。马氏体是一种硬度极高的金属结构。转化为马氏体就能提高材料的硬度。


激光束加热工件的表面层。典型的表面硬化深度为 0.1 至 1.5 mm,有些材料达到 2.5 mm 甚至更高。如果要表面硬化深度越大,则周围的体积必须越大,从而可以将热量快速导出,使硬化区可以足够快速地冷却。激光淬火工艺只需相对较小的功率密度。同时,应在同一平面上对工件进行加工。因此,要使激光束可以照射到尽量大的平面上。目前常用的是正方形的照射面。同样,扫描镜组也用于激光淬火工艺,使圆形的光斑的激光束非常快地来回移动。在工件表面形成功率密度基本上均匀的一条线。可以生成宽度最大 60 mm的硬化轨迹。如上图靠近涡轮增压器这个轴的轴承部位经过了激光淬火处理。

【激光熔覆】
为了提高材料的耐磨损性或者对表面改性处理,人们采用激光堆焊工艺。利用激光熔覆系统可以在现有工件的表面涂镀金属涂层,质量如同铸造一样。没有质量损失、密封、无气孔和裂纹。

利用激光熔覆系统使激光堆焊工艺变得十分简单:在经过准备处理的表面上,用激光产生一个熔池。通过喷嘴将粉末状材料喷到表面上,当新的材料凝固后便开始下一层的焊接,或者作后续加工。
 
一般激光熔覆系统由三个主要的功能单元组成:粉末输送器、粉末输送线和带有粉末喷嘴的加工镜组。粉末输送器是一个可移动的单元,紧靠在激光加工机旁边。来自几个容器的粉末气体混合物在粉末输送器中混合成一种粉末流,以精确设定的流量导入粉末喷嘴。集成的传感器系统随时确保材料涂镀的高质量。