激光淬火

一、概述

激光淬火技术及应用激光淬火技术，是利用聚焦后的激光束快速加热钢铁材料表面，使其发生相变，形成马氏体淬硬层的过程。激光淬火的功率密度高，冷却速度快，不需要水或油等冷却介质，是清洁、快速的淬火工艺。与感应淬火、火焰淬火、渗碳淬火工艺相比，激光淬火淬硬层均匀，硬度高（一般比感应淬火高1-3HRC），工件变形小，加热层深度和加热轨迹容易控制，易于实现自动化，不需要象感应淬火那样根据不同的零件尺寸设计相应的感应线圈，对大型零件的加工也无须受到渗碳淬火等化学热处理时炉膛尺寸的限制，因此在很多工业领域中正逐步取代感应淬火和化学热处理等传统工艺。尤其重要的是激光淬火前后工件的变形几乎可以忽略，因此特别适合高精度要求的零件表面处理。激光淬硬层的深度依照零件成分、尺寸与形状以及激光工艺参数的不同，一般在0.3~2.0mm范围之间。对大型齿轮的齿面、大型轴类零件的轴颈进行淬火，表面粗糙度基本不变，不需要后续机械加工就可以满足实际工况的需求。激光熔凝淬火技术是利用激光束将基材表面加热到熔化温度以上,由于基材内部导热冷却而使熔化层表面快速冷却并凝固结晶的工艺过程。获得的熔凝淬火组织非常致密，沿深度方向的组织依次为熔化-凝固层、相变硬化层、热影响区和基材。激光熔凝层比激光淬火层的硬化深度更深、硬度要高，耐磨性也更好。该技术的不足之处在于工件表面的粗糙度受到一定程度的破坏，一般需要后续机械加工才能恢复。为了降低激光熔凝处理后零件表面的粗糙度，减少后续加工量，华中科技大学配制了专门的激光熔凝淬火涂料，可以大幅度降低熔凝层的表面粗糙度。现在进行激光熔凝处理的冶金行业各种材料的轧辊、导卫等工件，其表面粗糙度已经接近激光淬火的水平。激光淬火现已成功地应用到冶金行业、机械行业、石油化工行业中易损件的表面强化，特别是在提高轧辊、导卫、齿轮、剪刃等易损件的使用寿命方面，效果显著，取得了很大的经济效益与社会效益。近年来在模具、齿轮等零部件表面强化方面也得到越来越广泛的应用

二、激光淬火的特点

质量优势技术特质适用材料实际应用

1．淬火零件不变形激光淬火的热循环过程快中碳钢大型轴类

2．几乎不破坏表面粗糙度采用防氧化保护薄涂层模具钢各种模具3．激光淬火不开裂精确定量的数控淬火冷作模具钢模具、刃具

4．对局部、沟、槽淬火定位精确的数控淬火中碳合金钢减振器

5．激光淬火清洁、高效不需冷却介质铸铁材料发动机汽缸6．淬火硬度比常规方法高淬火层组织细密、强韧性好高碳合金钢大型轧辊

三、组成部分

● 激光器

目前，用于激光淬火的设备主要是横流CO2激光器，该激光器的工作气体沿着与光轴垂直的方向快速流过放电区以维持腔内有较低的气体温度，从而保证高功率输出，光束模式为多模输出。激光器的选用要考虑以下几方面内容：

1．激光器输出好的光束质量，包括模式及模的稳定性。

2．激光器输出功率稳定性。

3．激光器应具有高的可靠性，应能满足工业加工环境下的连续工作。

4．激光器本身应具有良好的维护性，有故障诊断和连锁功能；

5．操作简单方便。

6．设备销售厂商的经济和技术能力，可信程度。一定要避免因小失大。

7．设备易损件补充来源是否有保障，供应渠道是否畅通。

● 大型多功能加工机床

激光加工机床的加工的基本尺寸范围为：长 5.5 米，直径Φ 2.6 米。特殊工件，可加工的尺寸范围更大。本激光加工机床为双悬臂加工系统，可进行多工位的激光加工。

● 六轴四联动数控系统

本机床配置有六轴四联动数控系统，可以对复杂形状工件进行精密激光加工。

该设备采用了光机电一体化的总体设计，质量可靠，外型美观。激光器采用华工激光具有国际水平的连续横流CO2激光器，数控系统采用五轴四联动或六轴五联动系统，机床采用拥有自主知识产权的悬臂式结构，

特殊设计的高精度飞行光路系统及光头摆动机构，可实现柔性加工。

该设备性能稳定，人机界面清晰，操作简捷易学。能进行激光相变淬火、激光熔凝淬火、激光合金化、激光熔覆

/再制造等加工。

● 激光器光束特性好，发散角≤3mrad ；能无He 工作，降低运行成本。

● 可选配扩束准直仪，在15m 处光斑直径仅为Φ 50mm 。

● 机床为模块式组装，采用轻巧便捷的飞行光路，通过五轴四联动或六轴五联动的形式，对工件进行灵活高效的加工，X 、Y 、Z 最大行程可达5m×2.5m×0.7m,设有柔性积分聚焦头，进行大幅面和曲面加工，满足各类零件（如轴类、盘类、平面类、齿槽类等零件）的激光加工，回转件的最大尺寸可达3000mm 。 ● 采用最先进的西门子数控系统，工作稳定可靠，人机界面清晰，操作简单易学。

广泛应用于模具、机械制造、石油、化工、轻工、能源、交通、军工等行业。

典型应用：汽车覆盖件模具、油管螺纹及接箍、瓦楞辊、导轨、齿轮、锯片、缸套、冷热轧辊、曲轴、汽轮发电机转子轴、螺杆、阀门等易损零件的表面强化处理或再制造。

∙ 锯条热处理 锯条热处理

∙

瓦楞辊修复、淬火 军工设备修复

序

号

品目 HGL － 5000 HGL － 6000 HGL － 8000 HGL － 10000 1 额定输出

功率 5000W 6000W 8000W 10000W

2 功率调节

范围

200~5000W 200~6000W 200~8000W 200~10000W

3 激光输出

模式

多模多模多模多模

4 功率不稳

定度

≤± 3%≤± 3%≤± 3%≤± 3%

5 激光专用

冷却系统

制冷量

6 万大卡

7 万大卡10 万大卡12 万大卡

6 激光专用

冷却系统

冷却方式

水冷/ 风冷水冷水冷水冷

7 光路转折

系统

多重转折，有效何证光路和光束质量的稳定性

8

多功能加

工机床根据用户需要定制，采用四轴或五轴( 或五轴以上) 多轴联动设计，可操控性强，性能稳定，通过各动作机构联动，可以对平面、圆辊、凹槽、曲轴弯角、内孔等复杂形态进行激光

加工

9 数控系统Siemens 系统Siemens 系统Siemens系统Siemens 系统

该设备采用了光机电一体化的总体设计，质量可靠，外型美观。激光器采用华工激光具有国际水平的连续横流CO2激光器，数控系统采用五轴四联动或六轴五联动系统，机床采用拥有自主知识产权的悬臂式结构，特殊设计的高精度飞行光路系统及光头摆动机构，可实现柔性加工。

该设备性能稳定，人机界面清晰，操作简捷易学。能进行激光相变淬火、激光熔凝淬火、激光合金化、激光熔覆/再制造等加工。

●激光器光束特性好，发散角≤3mrad；能无He工作，降低运行成本。

●可选配扩束准直仪，在15m处光斑直径仅为Φ 50mm。

●机床为模块式组装，采用轻巧便捷的飞行光路，通过五轴四联动或六轴五联动的形式，对工件进行灵活高效的加工，X、Y、Z最大行程可达5m×2.5m×0.7m,设有柔性积分聚焦头，进行大幅面和曲面加工，