激光表面工程技術(shù)及應(yīng)用實(shí)例

文|常曉惠 河北共晶激光技術(shù)有限公司

一、激光表面工程技術(shù)

激光表面工程技術(shù)是將現(xiàn)代物理學(xué)、材料學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)等先進(jìn)技術(shù)成果和知識(shí)綜合起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，既能實(shí)現(xiàn)金屬材料的表面強(qiáng)化，又可對(duì)材料表面進(jìn)行熔覆修復(fù)，使低等級(jí)材料高性能化，達(dá)到零部件低成本與工作表面高性能的最佳結(jié)合。該技術(shù)解決了常規(guī)整體強(qiáng)化和其他表面強(qiáng)化手段難以克服的矛盾，甚至對(duì)原始設(shè)計(jì)產(chǎn)生了重大影響。按照技術(shù)類別，激光表面工程技術(shù)可分為三類：激光表面相變硬化技術(shù)、激光熔覆再制造技術(shù)和激光焊接技術(shù)。

激光表面工程技術(shù)適合各種中高碳鋼、鑄鐵等材質(zhì)，廣泛應(yīng)用于石油化工、冶金、機(jī)車、航空航天、汽車、船舶、機(jī)械、制藥、發(fā)電、模具、印刷、包裝、電器等行業(yè)領(lǐng)域。

激光表面工程技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

續(xù)表

河北共晶激光技術(shù)有限公司是一家集研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售與服務(wù)為一體的生產(chǎn)型激光技術(shù)公司，為用戶提供關(guān)鍵零部件的激光表面工程技術(shù)支持，以及完善的激光加工解決方案。

二、激光表面相變硬化技術(shù)

1.基本原理

以高能量（103～105W/cm2）的激光束快速掃描工件，被掃描的部分以極快的速度升高到相變點(diǎn)以上，隨后自冷至馬氏體點(diǎn)以下，組織轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)晶馬氏體，從而實(shí)現(xiàn)表面相變硬化。

2.技術(shù)優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)硬化技術(shù)相比，激光表面相變硬化技術(shù)具有以下7個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：①激光表面相變硬化后的硬度比傳統(tǒng)手段要高3～5 HRC；②激光加熱和冷卻速度非?？?，變形小；③可對(duì)局部、溝槽、內(nèi)壁、刃口等進(jìn)行激光表面硬化，可加工形狀復(fù)雜的零件；④相變硬化層組織細(xì)密，位錯(cuò)密度高，耐磨性更好；⑤幾乎不破壞表面粗糙度，采用防氧化保護(hù)薄涂層；⑥不需要加熱和冷卻介質(zhì)，無污染，清潔環(huán)保，效果好；⑦加工過程采用計(jì)算機(jī)控制，質(zhì)量可靠、效率高。

激光表面相變硬化技術(shù)應(yīng)用案例

三、激光熔覆再制造技術(shù)

1.基本原理

激光熔覆再制造技術(shù)是利用高功率激光束經(jīng)光學(xué)元件聚焦得到極高的能量密度，瞬間將基體表面熔化，同時(shí)使預(yù)置或與激光束同步自動(dòng)送至基體表面的合金粉末完全熔化，獲得與基體冶金結(jié)合的致密覆層。

激光熔覆再制造技術(shù)可以達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)，有利于節(jié)約成本、降低資源和能源消耗、減少環(huán)境污染，以最小的投入獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，屬于綠色環(huán)保先進(jìn)制造技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)途徑，也是一種新興的產(chǎn)業(yè)技術(shù)。

2.技術(shù)優(yōu)勢(shì)

激光熔覆再制造技術(shù)具有以下6個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：①被激光熔覆修復(fù)的零部件變形小，基體材料在激光加工過程中僅表面熔化，熔化層為0.05～0.3mm，基體熱影響區(qū)極小，一般在0.1～0.5mm之間；②基材與熔覆材料為冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度與母材相當(dāng)；③熔覆層可避免氣孔、疏松、夾雜、裂紋等缺陷；④可以根據(jù)零部件工況情況，設(shè)計(jì)配置特定性能的特殊材料，具有很強(qiáng)的靈活性；⑤由于可在零部件的關(guān)鍵部位進(jìn)行熔覆修復(fù)，可節(jié)約大量貴金屬材料；⑥針對(duì)特大型零部件，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)熔覆修復(fù)。

激光熔覆再制造技術(shù)應(yīng)用案例

四、激光焊接技術(shù)

1.基本原理

激光焊接技術(shù)是利用高輻射強(qiáng)度的激光束，激光束經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)聚焦后，其激光焦點(diǎn)的功率密度為104～107W/cm2，加工工件置于激光焦點(diǎn)附近進(jìn)行加熱熔化，熔化現(xiàn)象能否產(chǎn)生和產(chǎn)生的強(qiáng)弱程度主要取決于激光作用材料表面的時(shí)間、功率密度和峰值功率，控制上述各參數(shù)就可利用激光進(jìn)行各種不同的焊接加工。由于激光獨(dú)有的高亮度、高方向性、高單色性、高相干性，在工業(yè)加工中的應(yīng)用十分廣泛，成為焊接技術(shù)的重要加工手段。

2.技術(shù)優(yōu)勢(shì)

激光焊接技術(shù)具有以下7個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：①高深寬比，焊縫深而窄，焊縫光亮美觀；②最小熱輸入，焊接速度快，熱變形小，熱影響區(qū)?。虎鄹咧旅苄?，生成無氣孔熔透焊縫，焊縫強(qiáng)度、韌性和綜合性能高；④強(qiáng)固焊縫，焊接過程中無需電極或填充焊絲，熔化區(qū)受污染小，焊縫強(qiáng)度、韌性至少相當(dāng)于甚至超過母體金屬；⑤精確控制，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，對(duì)光束強(qiáng)度與精細(xì)定位可進(jìn)行有效控制，生產(chǎn)效率高；⑥非接觸大氣環(huán)境焊接過程，工件無物理接觸，磁場(chǎng)對(duì)激光焊接無影響；⑦成本低，加工精度高，可降低再加工費(fèi)用和工件成本。

激光焊接技術(shù)應(yīng)用案例