激光表面加工應(yīng)用介紹 

經(jīng)過激光處理的表面使工件更加耐負(fù)荷。激光淬火、熔化和涂層使工件更加耐負(fù)荷：提高了硬度和韌性、改變表面組織結(jié)構(gòu)、在表面生成壓力張力或保護(hù)涂層。激光打標(biāo)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(shù)的優(yōu)點(diǎn)是只需很少的后續(xù)加工，且可以加工不規(guī)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(xù)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(shù)情況下將金屬表面層加熱到接近熔點(diǎn)，即大約 900 至 1400℃。表面達(dá)到所需要的溫度時(shí)，激光束離開此位置，繼續(xù)向前前進(jìn)，沿著新進(jìn)方向持續(xù)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(xiàn)象稱之為“自淬火”。由于快速冷卻，金屬晶格不會恢復(fù)到原始形狀，而是產(chǎn)生馬氏體。馬氏體是一種硬度極高的金屬結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)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(dá)到 2.5 mm 甚至更高。如果要表面硬化深度越大，則周圍的體積越大，從而可以將熱量快速導(dǎo)出，使硬化區(qū)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(shí)，應(yīng)在同一平面上對工件進(jìn)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。可以生成寬度 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(jīng)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(tǒng)可以在現(xiàn)有工件的表面涂鍍金屬涂層，質(zhì)量如同鑄造一樣。沒有質(zhì)量損失、密封、無氣孔和裂紋。

利用激光熔覆系統(tǒng)使激光堆焊工藝變得十分簡單：在經(jīng)過準(zhǔn)備處理的表面上，用激光產(chǎn)生一個熔池。通過噴嘴將粉末狀材料噴到表面上，當(dāng)新的材料凝固后便開始下一層的焊接，或者作后續(xù)加工。

一般激光熔覆系統(tǒng)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(jī)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，以設(shè)定的流量導(dǎo)入粉末噴嘴。集成的傳感器系統(tǒng)隨時(shí)確保材料涂鍍的高質(zhì)量。