激光技能及其在冶金职业的使用

2018-06-07 08:30 作者:手机热点 来源:ag88环亚国际娱乐平台

  

 

  激光是二十世纪最严重的科学发现之一。激光是具有高亮度、高方向性、高单色性的相干光束,这种奇特的光束能够到达任何其它已知光束所不能到达的聚集精度,并且聚集后能够将巨大的能量会集在十分小的范围内。所以激光刚一面世即引起了资料科学家的高度重视。

  激光加工技能已被称为“未来制作业的一同加工手法”。几个世纪以来,资料加工范畴由手艺加工年代过渡到火焰加工年代,又由火焰加工年代过渡到电加工年代。激光加工的呈现正促进现在的电加工年代向光加工年代改动。

  激光加工代表着当时资料加工业的发展方向。世界各国都把激光加工技能作为进步出产功率、下降成本、进步产品质量以及具有世界竞争力的重要手法。其间,激光外表强化技能在近20年里,在工业范畴得到广泛运用,取得了杰出的经济效益和社会效益。

  激光加工技能的根本特色

  无触摸加工,无东西磨损,不需求半途替换东西;

  激光束易于导向、聚集完结作各方向改换,极易与数控体系合作对杂乱工件进行加工;

  可对高硬度、高脆性、高熔点及软质资料进行加工;

  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;

  易于与传统出产工艺组合,构成出产线。

  激光加工技能分类

  1) 激光外表强化与修正

  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

  激光切开

  激光打孔

  激光刻蚀

  激光打标

  激光抛光

  3) 激光快速制作模具原型

  选区激光烧结法

  激光分层切开制作法

  激光加工首要运用工业领

  轿车、钢铁、航空与航天、修建、船只、机械、电子与电工、其它

  激光毛化冷轧辊技能

  激光毛化冷轧辊技能是八十年代在世界上才发展起来的出产优质冷轧薄钢板新技能。因为激光毛化技能在加工办法上、在进步成型功能和涂镀后光亮度以及归纳出产成 本方面都比其它毛化办法具有更大优越性,因而激光毛化技能一面世便遭到钢铁企业和运用部分的高度重视,优质冷轧薄板和薄带不只需求优秀的原料,并且对薄板外表质量(如外表粗糙度和描摹)有严厉的要求,才干确保薄板优秀的成形功能和外表涂镀功能。激光毛化轿车板因为涂漆后反射映像光泽度高,在国外被称为“镜面钢板”,是出产高级轿车面板的优质板材。因而,激光毛化冷轧薄板(带)是轿车、家电、电子和轻工业出产需求的重要原资料。

  激光毛化技能根本原理

  其特色是运用经过特别调制的高能量密度(104~106W/cm2)、高重复频率(每秒数千至上万)的脉冲激光束在聚集后入射到轧辊外表实施预热和强化,在聚集点处轧辊外表构成细小溶池,一同由侧吹设备对细小溶池施以设定压力、流量、方向的辅佐气体,使溶池中的溶融物按指定要求尽量堆积到溶池边际构成圆弧形凸台。这些预热区、微坑、凸台在轧辊自导热的作用下敏捷冷却构成硬度强化区。然后在薄板轧制或平坦进程中,轧辊外表上的凸台在板面上再构成若干变形硬化质点(微坑),以构成激光毛化板。这种新式外表结构是在不下降原原料外表耐性的情况下,由许多细小均布的强化点对外表实施针轧,从而在辊、板外表完结刚柔并济的外表结构。这种外表结构的长处首要表现在以下方面:

  1) 激光毛化在轧辊外表构成均匀散布的圆弧形凸台,其硬度、强度都显着高于其它毛化办法。并能有用的防止轧辊剩余应力会集、耐性下降等现象,冶金职业的使用延伸轧辊运用寿数。

  2) 在轧制进程中,改进辊与板间冲突(添加冲突力)和触摸条件以有利于轧制工艺顺畅进行(可增大轧机压下量和轧制速度),削减擦伤和粘连,改进板型,进步板面质量。

  3) 在板材成型进程中,板面微坑有储油和冷却作用,改进板与磨具间的冲突和触摸条件(减小冲突、添加润滑),以利于资料活动,使成型工艺易于进行。一同,板面微坑可包容成型进程中发作的金属屑,削减成型标明划伤,进步工件质量。可增强板面临涂层的附着力和进步成形件外表涂漆光亮度,添加产品的附加值。

  激光外表热处理技能简介

  激光热处理是快速外表部分淬火工艺的一种高新技能。这种办法首要用于强化零件的外表,能够进步金属资料及零件的外表硬度、耐磨性、耐蚀性以及强度和高温功能;一同可使零件心部仍坚持较好的耐性,使零件的机械功能具有耐磨性好、冲击耐性高、疲劳强度高的特色。运用激光热处理技能能够大起伏进步产品质量,成倍延伸产品的运用寿数,具有明显的经济效益,已广泛运用于轿车、冶金、军工、船只、石化、模具、轻工等职业。

  激光与资料相互作用的物理进程中会发作的几个效应:

  能量变换效应

  物态改动效应

  外表效应

  内部效应

  激光热处理技能的分类:

  激光淬火(相变)技能

  激光熔凝技能

  激光合金化技能

  激光熔覆技能

  它们一同的理论基础是激光与资料相互作用的规则。四种工艺各自的特色首要是作用于资料上的激光能量密度不同,时刻不同及不同成份的合金粉末。

  激光(相变)淬火和激光熔凝淬火

  激光(相变)淬火技能是运用聚集后的激光束入射到钢铁资料外表,使其温度敏捷升高到相变点以上,当激光移开后,因为仍处于低温的内层资料的快速导热作用,使受热表层快速冷却到马氏体相变点以下,进而完结工件的外表相变硬化。激光淬火原理与感应淬火、火焰淬火技能相同。可是其技能特色是,所运用的能量密度更高,加热速度更快,不需求淬火介质,工件变形小,加热层深度和加热轨道易于操控,易于完结自动化,因而能够在许多工业范畴中逐渐替代感应淬火和化学热处理等传统工艺。激光淬火能够使工件表层0.1~2.0mm范围内的安排结构和功能发作显着改动。

  激光熔凝淬火则是选用激光熔融金属外表,激光束移开后,熔融的金属直接从液态淬硬为固态,构成外表硬化层的工艺。因为激光熔凝淬火答应金属外表熔化,实际操作时能够运用比激光淬火愈加高的功率密度和愈加慢的扫描速度,因而激光熔凝淬硬层深度比前者更深。

  在激光输出功率为3.5kw时,大型轧辊外表激光熔凝淬火的最大淬硬层深度能够到达 2毫米以上。激光熔凝淬火的不足之处在于,激光加工后的外表粗糙度有所下降,其下降的起伏取决于激光加工的工艺参数,而激光外表淬火能够根本坚持工件外表粗糙度不变。

  激光淬火与熔凝处理的一同特色是,不需求改动资料的成分,首要运用轧辊资料本身的特性,发作马氏体相变来强化轧辊外表。进行激光淬火与熔凝淬火前,需求预先涂覆一层吸光涂料来增强轧辊外表对激光的吸收率。关于激光熔凝处理来说,所运用的涂料还应该起到使激光熔池流平与造渣的作用。因而,涂料的配方关于激光工艺的顺畅实施以及硬面层安排与功能的影响至关重要。华工激光经过多年的探究,研讨开宣布激光淬火与熔凝淬火的系列吸光涂料,使各类原料激光淬火时淬硬层散布均匀。特别是激光熔凝淬火涂猜中,添加有吸光及熔池流平的物质,熔凝淬火后淬硬层润滑、平坦,只需少数加工,就能够取得平坦的外表。因而,特别合适各种轧辊的激光外表强化处理。

  运用事例-华工激光出产的双悬臂多功能数控激光加工机床

  该激光加工机床能够满意冶金职业各种类型轧辊(包含带钢轧辊、型材轧辊、棒线材轧辊等)不同部位的外表强化与修正处理。还能够满意剪刃、圆盘锯、导位等易损件零件的外表强化与修正要求。

  激光熔覆与合金化

  激光熔覆技能是选用激光束在选定工件外表熔覆一层特别功能的资料, 以改进工件外表功能的工艺。与传统的喷焊或许堆焊工艺比较,激光熔覆技能具有如下长处:

  (1) 激光束的能量密度高,只需注入较少的能量就能够完结激光熔覆。零件热影响区小,变形小,因而合适强化或许修正一些高精度零件或许对变形要求严厉的零件,如精轧辊的外表强化处理。

  (2) 激光熔覆层稀释率低,且能够准确操控,熔覆层的成分与功能首要取决于熔覆资料的成分。因而,能够选用各种功能优秀的资料对基材外表进行改性。特别是能够选用激光熔覆技能修正一些惯例堆焊工艺无法完结的工件,如涡轮发动机叶片、轧辊的主轴、电机主轴等。

  (3)激光熔覆层安排细密,微观缺点少,熔覆层与基材为冶金结合,强度高,因而能够用于一些重载条件下零件的外表强化与修正,如大型轧辊、大型齿轮、大型曲轴等零件的外表强化与修正。改装农用车“怪样子”成为山区乡

  (4)激光熔覆层的尺度巨细和方位能够准确操控,规划专门的导光体系,可对深孔、内孔、凹槽、盲孔等部位激光处理,选用一些特别的导光体系如宽带扫描体系,能够使单道激光熔覆层宽度到达 20 ~30 mm,每次熔覆的最大厚度可达 3mm 以上。经过多道搭接能够完结工件外表的大面积和大厚度激光熔覆,满意不同形状、尺度的轧辊等典型易损件的激光外表强化与修正的要求。

  激光熔覆工艺根据资料的添加办法不同,分为预置涂层法和同步送料法。一般经过添加合金粉末完结激光熔覆。激光外表合金化与激光熔覆工艺进程相似,也是经过添加合金元素改动工件外表的成分、安排与功能。但激光外表合金化与激光熔覆工艺的最大不同在于,前者添加的合金元素与基材充沛混合,两者一同一同决议外表层的功能。而激光熔覆则首要运用所添加合金粉末的功能,基材对外表合金化层功能的奉献很小。关于冶金职业轧辊、导位、运送辊、夹送辊、剪刃等很多易损件来说,激光熔覆与合金化技能的最大长处是,将轧辊的全体合金化变成外表合金化或许熔覆,使轧辊等易损件的运用寿数大起伏进步的一同,出产成本添加有限。明显,合金粉末的规划、挑选与运用正确与否是该项技能能否成功的要害。

  激光焊接是激光资料加工技能运用的重要方面之一。其原理是将高强度的激光辐射至金属外表,经过激光与金属的相互作用,使金属熔化构成焊接。因为其共同的长处,已成功地运用于微、小型零件的精细焊接中。高功率CO2及高功率YAG激光器的呈现,改进配备与技术水平 开展生态煤拓荒了激光焊接的新范畴,取得了以小孔效应为理论基础的深熔焊接,在机械、轿车、钢铁等工业部分取得了日益广泛的运用。

  与其它焊接技能比较,激光焊接的首要长处是:

  激光焊接速度快、深度大、变形小。

  能在室温或特别条件下进行焊接,焊接设备设备简略。例如,激光经过电磁场,激光技能及其在光束不会偏移;激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊,并能经过玻璃或对光束通明的资料进行焊接。

  激光聚集后,功率密度高,在用高功率激光器焊接工件时,深宽比可达 5:1, 最高可达 10:1。

  可焊接难熔资料如钛、石英等,并能对异性资料施焊,作用杰出。例如,金刚石锯片,用激光将基材(65Mn)和高强超硬的人工金钢石焊接,使这种锯片寿数、价值倍增。

  可进行微型焊接。激光束经聚集后可取得很小的光斑,且能精细定位,可运用于大批量自动化出产的微、小型元件的组焊中。例如,集成电路引线、挂钟游丝、显像管电子枪拼装、手机电池的封焊等因为选用了激光焊,不只出产功率大大进步,且热影响区小,焊点无污染,大大进步了焊接的质量。

  可焊接难以接近的部位,实施非触摸远距离焊接,具有很大的灵活性。尤其是近几年来,在YAG激光加工技能中选用了光纤传输技能,使激光焊接技能取得了更为广泛的推行与运用。

  激光束易完结光束按时刻与空间分光,能进行多光束一同加工及多工位加工,为更精细的焊接供给了条件。

  现在我国钢铁职业处于主导地位得典型冷轧工艺道路是:转炉锻炼-炉外精粹-初轧开坯-热连轧-酸洗-冷轧-退火-平坦-镀锌(锡)-成产品。在此典型的冷轧工艺中,带材焊接设备必不可少。在运转进程中,先行钢带与后走钢带必需进行焊接,才干确保出产线的接连作业。硅钢板带在线运转时,需经屡次“S”型曲折变形和接受必定的运转张力,从而对焊缝的功能和质量有很高要求。

  

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