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激光表面处理技术的工业应用特点
来源: | 作者:辉锐集团 | 发布时间: 2021-07-28 | 780 次浏览 | 分享到:

激光表面处理技术的工业应用特点:激光技术是本世纪60年代初诞生,而且发展极为迅速的一门高新技术。它的发展与渗透,带动了其它学科和技术的发展,激光技术已成为本世纪高新技术产业的主要支柱之一。激光加工技术是激光技术在工业中的主要应用,激光加工技术加速了对传统加工工业的改造,提供了现代工业加工技术的新手段,影响很大。激光加工是指用高功率激光束对工业用零部件进行切割、热处理、焊接、打孔等等,与传统加工方法相比,激光加工的特点是:激光束能量高度集中,加工区域小,因而热变形小,加工质量高、精度高,加工件不受尺寸、形状限制,不需冷却介质,而且无污染,噪声小,劳动强度低,效率高。激光加工技术的产业化正在我国兴起。

一、激光表面处理技术的特点:激光表面处理是利用高功率密度的激光束对金属进行表面处理的方法,它可以对材料实现相变硬化(或称做表面淬火、表面非晶化、表面重熔粹火)、表面合金化等表面改性处理,产生用其它表面淬火达不到的表面成分、组织、性能的改变。激光具有单色性、相干性、方向性和高能量密度四大特点,因此,其穿透能力极强。激光的穿透能力是由其能量大孝功率密度强弱、时间长短而决定。当功率密度为103W/cm2~107W/cm2时,以103℃/s~107℃/s加热速度把金属表面加热到仅低于熔点的临界转变温度,其表面迅速奥氏体化,然后急速自冷淬火,冷却速度可达1.7×104℃/s,金属表面迅速被强化,这就是激光相变硬化。激光表面处理的显著特点是:具有高速加热,高速冷却,获得的组织细密、硬度高、耐磨性能好;淬火部位可获得大于400kgf/mm2的残余压应力,有助于提高疲劳性能;还可以进行局部选择性淬火,通过对多光斑尺寸的控制,更适合其它热处理方法无法胜任的管孔、深沟、微区、夹角和刀具刃口等局部区域的硬化;激光可以远距离传送,可以实现一台激光器多工作台同时使用,采用计算机编程实现对激光表面处理工艺过程的控制和管理,实现生产过程的自动化。

激光表面处理

二、激光表面处理在工业上的应用及发展:由于激光表面处理有相当明显的优点,解决了传统金属热处理不能解决或不容易解决的技术难题,在国内外受到了高度重视,激光表面处理得到了迅速的发展。大功率CO2激光器从70年代起发展很快,先进工业国家大功率CO2激光器已产品化、系列化。我国从“七五”以后相继研制成功了千瓦级至万瓦级大功率CO2多模激光器。随着大功率激光器的发展,用激光就可以实现各种形式的表面处理。它是引起材料组织结构变化的冶金过程,其加热时间在10-3s~10-7s的范围内,功率密度为每平方毫米大于0.1 kW。它的应用极为广泛,几乎一切金属表面热处理都可以应用。目前应用比较多的有汽车、冶金、石油、重型机械、农业机械等存在严重磨损的机器行业,以及航天、航空等高技术产品。

激光表面处理

激光表面处理在汽车行业应用极为广泛,在许多汽车关键件上,如:缸体、缸套、曲轴、凸轮轴、排气阀、阀座、摇臂、铝活塞环槽等几乎都可以采用激光表面处理。例如,美国通用汽车公司用十几台千瓦级CO2激光器,对换向器壳内壁局部硬化,日产3万套,提高工效四倍。我国采用大功率CO2激光器对汽车发动机进行缸孔内壁强化处理,可延长发动机大修里程到15万公里以上,一台汽缸等于三台不经处理的汽缸。激光表面处理过的缸体、缸套淬硬带的耐磨性大幅度提高,未淬硬带可增加储油,改善润滑性能我国拖拉机发展快,不断推出新品牌,但拖拉机用内燃机缸体、缸套寿命短,损坏严重,维修量很大,西安内燃机配件厂在国家科委的帮助下,首先建起了柴油机缸套激光表面处理生产线,年产60万只,寿命延长10000小时。缸体激光表面处理设备及生产线激光涂覆与激光合金化工艺相似,但不同的是不另外加入合金,使金属表面融化随即冷却凝固,从而得到细微的接近均匀的表层组织,对于某些共晶合金,还可得到非晶态表层,具有极好的抗腐蚀性能,例如,在柴油发动机铸铁阀座上进行铬基表面涂覆,可获得良好的不锈钢表面。

激光表面处理在大型机车制造业已被采用,大大提高了机车寿命,主要是机车大型曲轴的激光表面处理和机车柴油机缸套和机车主簧片的激光表面处理。模具的制造工艺复杂,精度要求高,形状各异,应用广泛,但往往因模具的寿命短而加大了成本,返修也很困难。用激光对模具表面进行热处理,已逐渐被认识和被采用,可成倍的提高模具的寿命,又不受形状和尺寸的限制。激光表面处理过的曲轴由于激光表面处理越来越显示其优越性,各种大功率CO2激光表面处理机不断问世。有些大型企业不惜代价引进国外先进设备,如大连机车车辆厂引进德国6000W CO2激光器用于大型曲轴热处理生产线等。与此同时,国产的大功率CO2激光表面处理设备销售每年也成倍增长,激光表面处理生产线在各地相继发展起来。

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