激光热处理技术的工业应用

2008/11/11/9:14来源:中华机械网作者:未知
    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、激光热处理技术的特点  

    激光热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。  

    激光热处理的显著特点是: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热处理工艺过程的控制和管理,实现生产过程的自动化。  

    二、激光热处理在工业上的应用及发展  

    由于激光热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,激光热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。  

    激光热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热处理。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。

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