一种激光选区淬火的工艺方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于激光表面淬火处理技术领域，具体提供了一种激光选区淬火的工艺方法及装置，激光器与斩光盘同时沿着待加工件的表面移动，且斩光盘安装在激光束的光路上，斩光盘上设有通光孔，通过旋转斩光盘使得激光束间歇性通过通光孔并照射在工件表面，通过改变斩光盘的通光孔形状和分布，并控制斩光盘的旋转速度便可以对工件指定的局部区域进行淬火处理，从而获得不同分布的淬火区。该淬火工艺效率高且成本低，且装置简单灵活易操作，自动化程度高，且对大尺寸零件的激光表面淬火处理的适用性更高。

A Process Method and Device for Laser Selective Quenching

The invention belongs to the technical field of laser surface quenching, and specifically provides a process method and device for laser selective quenching. The laser and the chopper disc move along the surface of the workpiece to be processed at the same time, and the chopper disc is installed on the optical path of the laser beam. The chopper disc is equipped with a through-hole, and the laser beam intermittently passes through the through the through-hole and irradiates the workpiece surface by rotating the chopper disc. By changing the shape and distribution of the through hole of the chopper and controlling the rotating speed of the chopper, quenching treatment can be carried out on the designated local area of the workpiece, thus obtaining different quenching zones. The quenching process has the advantages of high efficiency, low cost, simple, flexible and easy operation, high automation, and higher applicability for laser surface quenching of large size parts.

【技术实现步骤摘要】
一种激光选区淬火的工艺方法及装置
本专利技术属于激光表面淬火处理
，具体涉及一种激光选区淬火的工艺方法及装置。
技术介绍
激光淬火技术，又称激光热处理或者激光相变硬化工艺，是采用激光束辐照金属工件，使其表层温度高于奥氏体化温度。激光束扫描结束后，依靠基体材料自身导热，使激光加热区域快速冷却，温度迅速降到马氏体相变温度以下，并在工件表面形成马氏体组织的硬化层。激光淬火冷却速度快，不需要水或油等冷却介质，属于自冷淬火工艺过程。传统的激光淬火工艺是使用一定宽度的激光光斑通过多道搭接将工件表面整体淬硬。存在的问题是表面淬硬层脆性较大，整个表面全部淬硬后存在较大的应力，在使用时容易开裂，抗疲劳性能不佳。为提高淬火层的抗疲劳性能，近来激光选区淬火工艺得到了广泛的关注。与传统的激光淬火工艺对工件表面整体淬硬不同，选区激光淬火工艺是对材料表面进行选择性硬化处理，即硬化区域不是覆盖整个硬化层，而是形成软、硬相间的复合硬化层，或者硬化阵列。这种方式能使金属材料表面兼有良好的耐磨性和强韧性。目前有多种方式可以实现激光选区淬火，中国专利公开(公告)号：CN104212965A公开了一种钢轨表面在线激光宽带淬火方法，利用光纤激光器沿45度方向快速扫描钢轨的轮轨接触表面，形成间隔1-2mm离散的淬火带，得到组织为马氏体、贝氏体和残余奥氏体混合组织的激光淬硬层。中国专利公开(公告)号：CN107794364A公开了一种金属材料韧化处理方法通过高功率激光束、电子束对完成预处理的金属材料进行选区强韧化处理，在基体材料表面获得异质异构型增强相。中国专利公开(公告)号：CN102121217A公开了一种用于钢轨表面强化处理的在线激光淬火工艺。在钢轨表面涂敷一层吸光涂料，然后利用脉冲半导体激光器进行扫描。得到厚度为0.8mm，硬度为HV700的网格状淬火点。淬火点的面积为钢轨表面面积的50％-80％。中国专利公开(公告)号：CN2496915Y公开了一种激光表面相变硬化钢轨，利用激光束扫描形成连续或不连续的的淬火层，形状可以是点状、曲线状、网状或平面状。中国专利公开(公告)号：CN103215411A公开了一种激光淬火方法及装置，利用扫描振镜的快速跳转将现有激光淬火工艺中单次加热改变为多次甚至高频次重复扫描加热，实现钢轨表面的选区淬火强化。中国专利公开(公告)号：CN106893970A公开了一种使用激光渗碳强化处理铁路钢轨的方法，将碳粉悬浮液涂覆于钢轨表面，然后用激光渗碳处理在表面形成有一定规律分布的、具有组织紧密的、高硬度的仿生耦合渗碳单元。以上公开的激光淬火技术，还存在着以下问题：(1)用机械扫描的方法获得离散的淬火区，需要激光光斑来回反复运动以及光闸的开闭来实现，加工的效率不高，并且淬火区的形状受到光斑尺寸的限制，选择有限；(2)使用高功率振镜快速跳转，虽然可以提高加工的效率，但是高功率振镜成本很高、控制系统复杂，应用受到了很多限制。激光选区淬火也可以通过蒙板法来实现，即在工件表面铺设一层开有通光孔的蒙板。当激光束扫过时，有通光孔的位置工件表面被激光束照射，形成激光淬火层，没有通光孔的位置，激光被蒙板遮挡，保持原始状态。通过调整蒙板上通光孔的形状和尺寸，就可以获得不同形状的淬火区。蒙板法的优点是设备简单、成本低廉，不需要对现有的设备进行改造，只需要制作合适的蒙板铺设在工件表面即可。但是蒙板法的缺点也很明显，在加工过程中，需要蒙板和工件保持相对静止，当激光扫描结束后，要挪动蒙板到新的位置才能继续进行加工。挪动蒙板的操作很难实现自动化，当需要进行连续淬火加工时，如钢轨在线激光强化，固定蒙板法就显得不再适用。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中激光选区淬火效率低的问题。为此，本专利技术提供了一种激光选区淬火的工艺方法，包括：采用激光器对工件的表面进行扫描且在工件与激光器之间设置有斩光盘，所述激光器发出的激光束照射在斩光盘上，所述斩光盘与所述激光器相对工件同步移动，且所述斩光盘上设有供所述激光束穿过的通光孔；在激光器工作过程中控制所述斩光盘绕自身轴线旋转以使所述激光束间歇性穿过所述通光孔并照射在所述工件表面上，并在激光束照射结束后快速冷却形成激光淬火层。优选地，所述激光器相对工件表面以速度V沿着所述工件表面移动扫描的步骤具体包括：控制所述激光器移动且保持工件固定不动，或控制工件移动且保持所述激光器固定不动。优选地，所述斩光盘的材质包括铝或铜。优选地，所述斩光盘中设有用于冷却介质流通散热的通道，所述冷却介质为油或水。优选地，所述斩光盘上的通光孔包括多个，各所述通光孔均相对于所述斩光盘中心对应相同的圆心角。优选地，所述激光器为光纤激光器、半导体激光器、YAG激光器或CO2激光器。优选地，所述通光孔为沿所述斩光盘中心对称的扇形通光孔。本专利技术还提供了一种激光选区淬火的装置，其特征在于：包括激光器、电机及斩光盘，所述斩光盘上设有通光孔，所述激光器发出激光束照射在所述斩光盘上，且一部分激光束穿过通光孔照射至工件的表面上；所述电机控制所述斩光盘绕所述斩光盘的中心轴旋转。优选地，所述装置还包括冷却单元，所述冷却单元包括多通道旋转接头及冷却回路，所述冷却回路包括外连接管组和内连接管组，所述外连接管组的一端与冷却介质源头接通，所述斩光盘内设有与所述内连接管组的一端接通的通道，所述内连接管组的另一端与所述旋转接头的一端接通，所述旋转接头的另一端与所述外连接管组的另一端接通，所述内连接管组随着所述斩光盘一起旋转。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的这种激光选区淬火的工艺方法及装置，激光器与斩光盘同时沿着待加工件的表面移动，且斩光盘安装在激光束的光路上，斩光盘上设有通光孔，通过旋转斩光盘使得激光束间歇性通过通光孔并照射在工件表面，通过改变斩光盘的通光孔形状和分布，并控制斩光盘的旋转速度便可以对工件指定的局部区域进行淬火处理，从而获得不同分布的淬火区。该淬火工艺效率高且成本低，且装置简单灵活易操作，自动化程度高，且对大尺寸零件的激光表面淬火处理的适用性更高。以下将结合附图对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1是本专利技术激光选区淬火的工艺方法及装置的结构示意图；图2是本专利技术激光选区淬火的工艺方法及装置的工作原理图；图3是本专利技术激光选区淬火的工艺方法及装置的斩光盘几何尺寸定义示意图；图4是本专利技术激光选区淬火的工艺方法及装置的实施例1的斩光盘示意图；图5是本专利技术激光选区淬火的工艺方法及装置的实施例1的工件淬火示意图；图6是本专利技术激光选区淬火的工艺方法及装置的实施例2的斩光盘示意图；图7是本专利技术激光选区淬火的工艺方法及装置的实施例2的工件淬火示意图；图8是本专利技术激光选区淬火的工艺方法及装置的实施例3的斩光盘示意图；图9是本专利技术激光选区淬火的工艺方法及装置的实施例3的工件淬火示意图。附图标记说明：激光器1，电机2，多通道旋转接头3，冷却回路4，斩光盘5，激光束6，工件7。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光选区淬火的工艺方法，其特征在于，包括：采用激光器(1)对工件(7)的表面进行扫描且在工件(7)与激光器(1)之间设置有斩光盘(5)，所述激光器(1)发出的激光束(6)照射在斩光盘(5)上，所述斩光盘(5)与所述激光器(1)相对工件(7)同步移动，且所述斩光盘(5)上设有供所述激光束(6)穿过的通光孔；在激光器(1)工作过程中控制所述斩光盘(5)绕自身轴线旋转以使所述激光束(6)间歇性穿过所述通光孔并照射在所述工件(7)表面上，并在激光束(6)照射结束后快速冷却形成激光淬火层。

【技术特征摘要】
1.一种激光选区淬火的工艺方法，其特征在于，包括：采用激光器(1)对工件(7)的表面进行扫描且在工件(7)与激光器(1)之间设置有斩光盘(5)，所述激光器(1)发出的激光束(6)照射在斩光盘(5)上，所述斩光盘(5)与所述激光器(1)相对工件(7)同步移动，且所述斩光盘(5)上设有供所述激光束(6)穿过的通光孔；在激光器(1)工作过程中控制所述斩光盘(5)绕自身轴线旋转以使所述激光束(6)间歇性穿过所述通光孔并照射在所述工件(7)表面上，并在激光束(6)照射结束后快速冷却形成激光淬火层。2.根据权利要求1所述的激光选区淬火的工艺方法，其特征在于，所述激光器(1)相对工件表面以速度V沿着所述工件表面移动扫描的步骤具体包括：控制所述激光器(1)移动且保持工件固定不动，或控制工件移动且保持所述激光器(1)固定不动。3.根据权利要求1所述的激光选区淬火的工艺方法，其特征在于：所述斩光盘(5)的材质包括铝或铜。4.根据权利要求1所述的激光选区淬火的工艺方法，其特征在于：所述斩光盘(5)中设有用于冷却介质流通散热的通道，所述冷却介质为油或水。5.根据权利要求1所述的激光选区淬火的工艺方法，其特征在于：所述斩光盘(5)上的通光孔包...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志翔，王爱华，熊大辉，叶兵，吴文迪，吕威，李婷，
申请(专利权)人：武汉华工激光工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42