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激光技术及其在冶金行业的应用

2006/1/6    来源:慧聪网        
关键字:激光加工  数控机床  冶金  
本文介绍了激光加工技术的基本知识及技术,并介绍了一个案例-华工激光生产的双悬臂多功能数控激光加工机床。

    激光是二十世纪最重大的科学发现之一。激光是具有高亮度、高方向性、高单色性的相干光束,这种神奇的光束可以达到任何其它已知光束所不能达到的聚焦精度,并且聚焦后可以将巨大的能量集中在非常小的范围内。所以激光刚一问世即引起了材料科学家的高度重视。

    激光加工技术已被誉为“未来制造业的共同加工手段”。几个世纪以来,材料加工领域由手工加工时代过渡到火焰加工时代,又由火焰加工时代过渡到电加工时代。激光加工的出现正促使目前的电加工时代向光加工时代转变。

    激光加工代表着当前材料加工业的发展方向。世界各国都把激光加工技术作为提高生产效率、降低成本、提高产品质量以及具有国际竞争力的重要手段。其中,激光表面强化技术在近20年里,在工业领域得到广泛应用,取得了良好的经济效益和社会效益。

    激光加工技术的基本特点

  • 无接触加工,无工具磨损,不需要中途更换工具;
  • 激光束易于导向、聚焦实现作各方向变换,极易与数控系统配合对复杂工件进行加工;
  • 可对高硬度、高脆性、高熔点及软质材料进行加工;
  • 激光束能量密度高,加工速度快,工件变形小、热影响区小,后续加工量小;
  • 易于与传统生产工艺组合,形成生产线。

    激光加工技术分类

    1) 激光表面强化与修复

  • 激光相变淬火
  • 激光熔凝淬火
  • 激光合金化
  • 激光熔覆

    2) 激光直接加工

  • 激光毛化
  • 激光焊接
  • 激光切割
  • 激光打孔
  • 激光刻蚀
  • 激光打标
  • 激光抛光

    3) 激光快速制造模具原型

  • 选区激光烧结法
  • 激光分层切割制造法
  • 激光加工主要应用工业领
  • 汽车、钢铁、航空与航天、建筑、船舶、机械、电子与电工、其它

    激光毛化冷轧辊技术

    激光毛化冷轧辊技术是八十年代在世界上才发展起来的生产优质冷轧薄钢板新技术。由于激光毛化技术在加工方法上、在提高成型性能和涂镀后光亮度以及综合生产成 本方面都比其它毛化方法具有更大优越性,因此激光毛化技术一问世便受到钢铁企业和使用部门的高度重视, 优质冷轧薄板和薄带不仅需要优良的材质,而且对薄板表面质量(如表面粗糙度和形貌)有严格的要求,才能确保薄板优良的成形性能和表面涂镀性能。激光毛化汽车板由于涂漆后反射映像光泽度高,在国外被称为“镜面钢板”,是生产高级轿车面板的优质板材。因此,激光毛化冷轧薄板(带)是汽车、家电、电子和轻工业生产需求的重要原材料。

    激光毛化技术基本原理

    其特点是利用经过特殊调制的高能量密度(104~106W/cm2)、高重复频率(每秒数千至上万)的脉冲激光束在聚焦后入射到轧辊表面实施预热和强化,在聚焦点处轧辊表面形成微小溶池,同时由侧吹装置对微小溶池施以设定压力、流量、方向的辅助气体,使溶池中的溶融物按指定要求尽量堆积到溶池边缘形成圆弧形凸台。这些预热区、微坑、凸台在轧辊自导热的作用下迅速冷却形成硬度强化区。然后在薄板轧制或平整过程中,轧辊表面上的凸台在板面上再形成若干变形硬化质点(微坑),以形成激光毛化板。这种新型表面结构是在不降低原材质表面韧性的情况下,由无数微小均布的强化点对表面实行针轧,从而在辊、板表面实现刚柔并济的表面结构。这种表面结构的优点主要表现在以下方面:

    1) 激光毛化在轧辊表面形成均匀分布的圆弧形凸台,其硬度、强度都明显高于其它毛化方式。并能有效的避免轧辊残余应力集中、韧性降低等现象,延长轧辊使用寿命。

    2) 在轧制过程中,改善辊与板间摩擦(增加摩擦力)和接触条件以有利于轧制工艺顺利进行(可增大轧机压下量和轧制速度),减少擦伤和粘连,改善板型,提高板面质量。

    3) 在板材成型过程中,板面微坑有储油和冷却作用,改善板与磨具间的摩擦和接触条件(减小摩擦、增加润滑),以利于材料流动,使成型工艺易于进行。同时,板面微坑可容纳成型过程中产生的金属屑,减少成型表明划伤,提高工件质量。可增强板面对涂层的附着力和提高成形件表面涂漆光亮度,增加产品的附加值。

    激光表面热处理技术简介

    激光热处理是快速表面局部淬火工艺的一种高新技术。这种方法主要用于强化零件的表面,可以提高金属材料及零件的表面硬度、耐磨性、耐蚀性以及强度和高温性能;同时可使零件心部仍保持较好的韧性,使零件的机械性能具有耐磨性好、冲击韧性高、疲劳强度高的特点。运用激光热处理技术可以大幅度提高产品质量,成倍延长产品的使用寿命,具有显著的经济效益,已广泛应用于汽车、冶金、军工、船舶、石化、模具、轻工等行业。

    激光与材料相互作用的物理过程中会发生的几个效应:

  • 能量转换效应
  • 物态变化效应
  • 表面效应
  • 内部效应

    激光热处理技术的分类:

  • 激光淬火(相变)技术
  • 激光熔凝技术
  • 激光合金化技术
  • 激光熔覆技术

    它们共同的理论基础是激光与材料相互作用的规律。四种工艺各自的特点主要是作用于材料上的激光能量密度不同,时间不同及不同成份的合金粉末。

责任编辑:江琦
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