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        激光表面工程技術及應用實例

        2020-01-17 12:50:00常曉惠河北共晶激光技術有限公司
        衛(wèi)星應用 2019年12期
        關鍵詞:表面工程激光束基體

        文|常曉惠 河北共晶激光技術有限公司

        一、激光表面工程技術

        激光表面工程技術是將現(xiàn)代物理學、材料學、計算機學等先進技術成果和知識綜合起來的一項高新技術,既能實現(xiàn)金屬材料的表面強化,又可對材料表面進行熔覆修復,使低等級材料高性能化,達到零部件低成本與工作表面高性能的最佳結合。該技術解決了常規(guī)整體強化和其他表面強化手段難以克服的矛盾,甚至對原始設計產(chǎn)生了重大影響。按照技術類別,激光表面工程技術可分為三類:激光表面相變硬化技術、激光熔覆再制造技術和激光焊接技術。

        激光表面工程技術適合各種中高碳鋼、鑄鐵等材質(zhì),廣泛應用于石油化工、冶金、機車、航空航天、汽車、船舶、機械、制藥、發(fā)電、模具、印刷、包裝、電器等行業(yè)領域。

        激光表面工程技術應用領域

        續(xù)表

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

        二、激光表面相變硬化技術

        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以上,隨后自冷至馬氏體點以下,組織轉變?yōu)榧毦яR氏體,從而實現(xiàn)表面相變硬化。

        2.技術優(yōu)勢

        與傳統(tǒng)硬化技術相比,激光表面相變硬化技術具有以下7個方面的優(yōu)勢: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可對局部、溝槽、內(nèi)壁、刃口等進行激光表面硬化,可加工形狀復雜的零件;④相變硬化層組織細密,位錯密度高,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加工過程采用計算機控制,質(zhì)量可靠、效率高。

        激光表面相變硬化技術應用案例

        三、激光熔覆再制造技術

        1.基本原理

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

        激光熔覆再制造技術可以達到設計的預期目標,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)濟效益,屬于綠色環(huán)保先進制造技術,是實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要技術途徑,也是一種新興的產(chǎn)業(yè)技術。

        2.技術優(yōu)勢

        激光熔覆再制造技術具有以下6個方面的優(yōu)勢:①被激光熔覆修復的零部件變形小,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合,結合強度與母材相當;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,設計配置特定性能的特殊材料,具有很強的靈活性;⑤由于可在零部件的關鍵部位進行熔覆修復,可節(jié)約大量貴金屬材料;⑥針對特大型零部件,可以根據(jù)實際情況進行現(xiàn)場熔覆修復。

        激光熔覆再制造技術應用案例

        四、激光焊接技術

        1.基本原理

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

        2.技術優(yōu)勢

        激光焊接技術具有以下7個方面的優(yōu)勢: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)小;③高致密性,生成無氣孔熔透焊縫,焊縫強度、韌性和綜合性能高;④強固焊縫,焊接過程中無需電極或填充焊絲,熔化區(qū)受污染小,焊縫強度、韌性至少相當于甚至超過母體金屬;⑤精確控制,易實現(xiàn)自動化,對光束強度與精細定位可進行有效控制,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,磁場對激光焊接無影響;⑦成本低,加工精度高,可降低再加工費用和工件成本。

        激光焊接技術應用案例

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