激光表面工程技術及應用實例

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，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常快，變形??；③可對局部、溝槽、內壁、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，無污染，清潔環(huán)保，效果好；⑦加工過程采用計算機控制，質量可靠、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)??；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