激光淬火技术在表面处理中的应用

 

    激光淬火以高能激光为热源,使金属表面快速加热和冷却,从而瞬间完成淬火过程,获得高硬度和超细马氏体组织,提高金属表面的硬度和耐磨性,在表面形成压应力,提高抗疲劳能力。该工艺的核心优势包括热影响区小、变形小、自动化程度高、选择性淬火灵活性好、细化晶粒硬度高、智能环保。比如激光光斑可调,可以淬火任意宽度位置;其次,多轴机器人联动的激光头可以对复杂零件的指定区域进行淬火。再比如激光淬火温度极高,冷却迅速,淬火应力和变形小。激光淬火前后工件的变形几乎可以忽略不计,因此特别适合精度要求高的零件表面处理。

  目前,激光淬火已成功应用于汽车工业、模具工业、五金工具和机械工业的易损件表面强化,特别是在延长齿轮、轴面、导轨、钳口、模具等易损件的使用寿命方面,效果显著。

  西安国盛激光淬火设备采用 激光器,高端工业机器人及控制系统,组成多轴联动的柔性激光加工系统。根据零件的形状及工艺需求,定制专用机型。可对模具等复杂异形零件进行激光淬火,修复加工。

 国盛激光淬火设备产品特点及优势:

  1.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。

  2.相对于感应淬火、火焰淬火,渗碳淬火工艺,激光淬火淬硬层均匀,硬度更高(一般比感应淬火高1-3HRC);

  3.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,不需要像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;

  4.激光淬火工艺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,特别适合高精度要求的零件表面处理。

  目前激光淬火技术的前沿主要是数值模拟和计算机控制技术的结合。激光淬火工艺实时控制系统的建立有助于激光淬火工艺的全自动化生产。比如利用数值模拟建立模型,激光淬火设备可以生产出新的材料和合金,应用于航空航天环境、超高温环境、化学腐蚀环境下的机械零件。这是激光淬火技术的前沿。

  这些就是激光淬火技术的特点和发展。可以说,激光淬火技术广泛应用于冶金工业、机械工业、石油化工等行业的易损件表面强化,尤其是延长轧辊、导轨、齿轮、剪切机等易损件的使用寿命。效果显著,取得了巨大的经济效益和社会效益。相信随着人们在这一领域研究的深入和在其他应用领域的探索,激光技术必将给人们的生产生活带来更多的便利。

 

 

不同种类的送粉器对于使用场合有限制么?

       目前市场上的送粉器主要分为两种,一种是重力送粉,可满足短距离送粉,需同步夹持在激光熔覆头上进行粉末输送,适用于机床式激光熔覆设备;另外一种是气动送粉,可满足远距离送粉,灵活性较高,适用于各种工况。而国盛激光选配的送粉器 输送距离可达20m以上,适用于绝大多数工况。

 

  国盛激光送粉器特点及优势:

  1.不停机加粉,快速换粉。

  2.粉末加热功能,粉末搅拌功能,粉筒密封性强,误差小;

  3.智能触摸屏控制;

  4.空气动力学气路,改善粉末输送效果与集中度,提高粉末利用率;送粉均匀、灵敏、可控。

  5.适用粉末粒度大小范围广,重复送粉精度高。

 

激光熔覆技术工艺及应用分析

     激光熔覆技术作为激光表面改性最重要的应用技术之一,利用高能激光束改变工件表面的性能,可以大大提高材料或零件的性能和寿命。

  激光熔覆的主要过程

  (1)预置粉法:预置粉末法主要是通过粘结或喷涂的方式将包覆粉末均匀地置于基材表面。激光熔覆时,熔覆粉末和基体材料在激光能量的作用下同时熔化,熔化的涂层在基体材料吸热下迅速冷却,形成冶金结合。

  (2)同步送粉法:同步送粉是指通过自动送粉设备进行激光熔覆,将熔覆粉末送入熔池,完成同步送粉。这种送粉方法熔覆层均匀,工作效率高,便于实现自动控制。

  新零件修改

  通过激光熔覆技术,在工件表面指定区域熔覆一层特殊性能涂层,可以改善工件的表面性能,使重要零件具有超耐磨、耐腐蚀的特性,大大延长零件的使用寿命。

  化工行业球阀生产后,对熔覆层表面进行改性,要求熔覆层厚度为1.2mm,无气孔、裂纹等缺陷,并具有较高的耐腐蚀性,熔覆层硬度在55HRC以上。

  旧零件的修复

  在石油化工行业中,设备长期处于恶劣的工作环境中,容易导致零件腐蚀严重、磨损严重,甚至导致大型昂贵零件的彻底报废。激光熔覆技术使修复一些昂贵的零件和不方便更换的零件成为可能。修复后的零件强度将是原厂零件的两倍,为企业节省了新购零件的成本。

  化工设备中经常出现问题的部件有阀门、泵、叶轮、轴颈、 、轴套、大型转子的轴瓦等。化工行业球阀、轴类零件失效后,要求熔覆层厚度为1mm,不允许有气孔、裂纹等缺陷,并具有一定的耐腐蚀性。熔覆层的硬度在50HRC以上。

  应用困难

  1.熔覆过程的工艺参数是不可控因素

  激光熔覆技术的工艺参数对熔覆层的力学性能和显微组织起着决定性的作用。熔覆过程中的主要技术参数包括激光能量、光斑尺寸、熔覆速度、预热温度、搭接尺寸、送粉方式和送粉速度等。,而且很多技术参数是相互影响和制约的。目前各科研生产机构使用的参数主要基于经验数据,缺乏理论依据。

  2.熔覆层中的裂纹缺陷

  在激光熔覆过程中,熔覆区在激光的作用下迅速熔化,然后迅速凝固。由于熔覆粉末与基体材料的物理收缩性能略有不同,当熔覆区域快速冷却时,熔覆层受到冷基体固有元素的限制,产生内生拉应力。当内生拉应力超过熔覆层所能承受的极限时,熔覆表面就会产生裂纹,这是影响熔覆质量的一个重要指标。

高速激光熔覆的加工工艺参数有哪些?

  1.  激光功率:单位时间内激光输出的能量。高速激光熔覆一般为半导体或光纤激光器国盛激光激光功率为6000-12000w,在市场上广泛用于高速激光熔覆,可以满足大多数领域的需要。

  2.  光斑形状:常见的光斑形状分为圆形和矩形两种,用户可以根据加工对象的特点进行选择。

  3.  光斑大小:光斑大小主要影响光功率密度,即单位面积的光能。相同功率条件下,光斑尺寸越小,光功率密度越大,高功率密度的光斑适合熔覆高熔点的金属粉末。

  4.  加工距离是指激光出口和衬底表面之间的距离:如果加工距离太远,金属粉末容易分散,粉末利用率低;加工距离短,激光照射的激光熔覆头表面温度过高,严重造成堵粉。

  5.  搭接率是影响熔覆层表面粗糙度的主要因素:搭接率增大,熔覆层表面粗糙度减小。然而,重叠部分的均匀性很难得到保证。每个熔覆层之间的重叠区域的深度与每个熔覆层中间的深度不同,从而影响整个熔覆层。高速熔覆的搭接率高达70%-80%(普通熔覆的搭接率为30%-50%)。

  6.  熔覆速度、熔覆线速度和熔覆面积率都可以表示熔覆速度:国盛激光高速激光熔覆实测线速度为100mm/s-500mm/s;单位时间熔覆面积0.5-1m2;主轴转速为0-100r/min;熔覆层厚度0.2mm-10mm精确可控。

  7.  送粉方式:高速激光熔覆送粉方式主要有环形送粉方式和中心送粉方式。中心送粉方式的利用率比环形送粉方式高,但设计难度更大,横梁需要以环形绕送粉管。目前,市场上普遍采用环形送粉方式。国盛激光采用特殊设计优化的高速激光熔覆喷嘴,粉末利用率大于90%;大容量高精度双筒送粉器,确保长时间送粉的稳定性和熔覆层的均匀性一致性。

  8.  保护气体压力,可在加工过程中调节:一般采用氮气或氩气作为保护气体,主要用于送粉,在激光熔覆熔池周围形成保护区,减少氧化。

 

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