一种激光淬火方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光淬火方法及其装置。本发明专利技术方法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，激光能量输入导致的热传导过程是短加热时间、多次叠加方式注入到工件表面，它使得金属基体吸收的激光能量累积增加，热传导深度也累积增大。装置包括激光器、控制系统、导光系统、机械运动装置和扫描振镜。即使当工艺参数选用较高的激光功率时，由于扫描速度高并有扫描间歇存在，使金属的表面温度始终控制在熔点以下，使得热量能够有效地、不断地从工件表面扩展到工件内部，从而在避免金属表面熔化的前提下，提高工件表面的奥氏体化区域的深度，并显著提高激光淬火效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光表面强化处理技术,涉及一种基于扫描振镜的重复扫描激光淬火方法及装置，本专利技术特别适用于大尺寸金属工件的激光表面淬火处理。
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Ta。激光束移去后，基体材料由于未直接受热，因此仍然处于常温状态，其快速的热传导作用使激光加热区域的冷却速度大于淬火的临界冷却速度，并使激光作用过的区域温度迅速降到马氏体相变温度以下，从而在工件表面形成马氏体组织的硬化层。由于激光淬火冷却速度快，不需要水或油等冷却介质，因此该工艺属于自冷淬火工艺过程。一般而言，激光淬火工艺分为两类，一类是激光作用下，金属表面不发生熔化、只发生固态相变的淬火工艺过程，又称为激光相变硬化工艺，或激光热处理工艺，其基本特点是确保激光辐照过程中金属表面的最高温度低于熔点温度Tm，因此激光淬火的工艺参数(包括激光功率、光斑尺寸、扫描速度等)必须选择得当；另一类是激光作用下表面发生熔化的淬火过程，称为激光熔凝淬火工艺，此时金属表面的温度可以超过其熔点。由于激光熔凝淬火工艺使得工件表面发生熔化，因此可以使用更高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光淬火方法，该方法将激光束通过扫描振镜后辐照到工件表面，激光束对每个加工单元进行间歇式重复辐照，使工件表面的激光淬火区域高于工件材料的奥氏体化温度，但始终低于其工件材料的熔点，并利用激光多次重复加热的累积热效应形成激光淬火层，并达到所需硬化层深度；所述加工单元是指在不移动振镜位置和工件位置的情况下，将激光束通过扫描振镜后辐照到工件表面并一次连续作用于工件表面的区域。

【技术特征摘要】
1.一种激光淬火方法，该方法将激光束通过扫描振镜后辐照到工件表面，激光束对每个加工单元进行间歇式重复辐照，使工件表面的激光淬火区域高于工件材料的奥氏体化温度，但始终低于其工件材料的熔点，并利用激光多次重复加热的累积热效应形成激光淬火层，并达到所需硬化层深度；所述加工单元是指在不移动振镜位置和工件位置的情况下，将激光束通过扫描振镜后辐照到工件表面并一次连续作用于工件表面的区域。2.根据权利要求1所述的激光淬火方法，其特征在于，该方法通过控制激光淬火工艺参数完成激光淬火，激光淬火工艺参数包括激光功率、扫描速度、光斑尺寸、扫描周期和扫描次数等，其中，扫描周期是指设定的激光束对一个加工单元的一次连续辐照加热时间与一次间隙时间之和；扫描次数是指使一个淬火单元达到所需硬化层深度进行重复扫描的次数。3.根据权利要求1所述的激光淬火方法，其特征在于，当需要淬火单元连续填充才能覆盖整个待淬火区域时 ，所述激光淬火工艺参数还包括相对移动速度，它是指光束从一个淬火单元向另一个淬火单元移动的速度。所述激光淬火方法包括重复扫描激光淬火方法和重复扫描式飞行激光淬火方法。4.根据权利要求1、2或3中任一所述的重复扫描激光淬火方法，其特征在于，该方法包括下述具体步骤: (1)设工件上淬火单元总数为N，当前处理的淬火单元在工件上的序号为j，淬火周期为T，一个淬火单元内所需的扫描次数为Q，实际扫描次数的参量为q ； 淬火周期T是指一个淬火单元内的扫描次数与扫描周期的乘积；淬火单元是指在一个淬火周期T内激光束在工件表面辐照的加工单元的集合； 令j = I, q = I ;并且在整个激光淬火过程中一个加工单元内的激光能量分布基本均匀一致； (2)经过扫描振镜后的激光束辐照到第j个淬火单元的起始位置，并记录该时间点为七㈧所述激光束对淬火单元中的每一个加工单元进行一次扫描，完成后进入(3); (3)判断q是否等于设定的扫描次数Q，如果是，则第j个淬火单元淬火完毕，即第j个淬火单元中所包含的所有加工单元发生激光相变硬化，并达到所设计的硬化层深度，然后转入步骤⑷；如果否，令q = q+1，设当前时间为t,扫描周期Tb,当t-td = Tb时,转入步骤(2)； (4)判断j是否等于N。如果是，则说明所包含的所有淬火单元发生激光相变硬化，形成激光淬火硬化区域，并达到所设计的硬化层深度，然后转入步骤(5);如果否，令j = j+1，转入步骤(2); (5)结束。5.根据权利要求1、2或3所述的重复扫描式飞行激光淬火方法，设工件上淬火单元总数为N，当前处理的淬火单元的序号为j，设淬火单元所需的扫描次数为Q，淬火周期为T，实际扫描次数的参量为q ;设定工件与机械运动机构(包括振镜)之间的相对移动速度为V，振镜输出激光束的补偿运动速度为-V ;其中，淬火周期T是指一个淬火单元内的扫描次数与扫描周期的乘积，淬火单元是指在一个淬火周期T内激光束在工件表面辐照的加工单元的集合；(I)令 j = I，q = I ;(2)激光束经过扫描振镜后辐照到第j个淬火单元的起始位置，并记录此开始时间点为h ;所述激光束按照设计的加工单元和设定的扫描速度对第j个淬火单元内的各加工单元进行单次扫描...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾晓雁，胡乾午，郑寅岚，蒋明，李重洋，任昭，李昆，
申请(专利权)人：武汉新瑞达激光工程有限责任公司，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：