應用高功率激光加工技術減少備件消耗

發(fā)布日期:2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽:1943

近二十年來,激光加工技術更是在世界各國工業(yè)發(fā)展中得到廣泛應用,尤其是工業(yè)發(fā)達國家,已被人們譽為“未來制造業(yè)的共同加工手段”。激光加工技術的出現正促使著目前“電加工時代”向“光加工時代”轉變,代表著當前材料加工業(yè)的發(fā)展方向,當今世界各國都把激光加工技術作為提高生產效率和產品質量、降低成本、增加效益,提高國際競爭力的重要手段。
1 激光加工技術的特點
    由于激光具有“四高”特性,因此激光加工技術具有其它加工方法所不可比擬的顯著特點,主要有:
(1) 無接觸加工,對工件無直接沖擊,無機械變形;
(2) 無“刀”磨損,無“切削力”作用于工件;
(3) 激光束能量密度高,加工速度快;局部加工,影響熱區(qū)小,工件熱變形小,后續(xù)加工量小;
(4) 加工方法靈活。激光束易于導向、聚焦、實現方向變換,極易與數控系統配合、可對復雜工件進行加工;
(5) 可加工多種金屬、非金屬;也可加工高硬度、高脆性、高熔點材料;
(6) 生產效率高,加工質量穩(wěn)定可靠,經濟與社會效益好。
2 高功率激光加工技術及其應用范圍
    高功率激光是指激光器輸出功率在2kW以上的激光加工系統,高功率激光加工技術一般包括“激光表面改性技術”和“激光綠色再制造技術”以及激光切割、激光焊接、激光打孔等,本文重點談談“激光表面改性技術”和“激光綠色再制造技術”在冶金企業(yè)的應用。
2.1 激光表面改性技術
    主要指激光淬火、激光熔凝、激光表面合金化等。該技術主要用于強化零部件的表面,提高金屬材料及零部件的表面硬度、耐磨性、耐蝕性以及強度和改善高溫性能;同時可使零部件心部仍保持較好的韌性,使零部件的機械性能具有耐磨性好、沖擊韌性高、疲勞強度高的特點。運用激光表面改性技術可以大幅度提高零部件質量,成倍延長使用壽命,已廣泛應用于冶金、汽車、軍工、船舶、石化、模具、輕工等行業(yè)。
2.1.1 激光淬火技術:
    它是利用聚焦后的激光束人射到鋼鐵材料表面,使其溫度迅速升高到相變點以上,當激光移開后,由于仍處于低溫的內層材料的快速導熱作用,使受熱表層快速冷卻到馬氏體相變點以下,從而實現工件表面相變硬化,激光淬火可以基本保持工件表面粗糙度不變。
2.1.2 激光熔凝強化:
    則是采用激光熔融金屬表面,激光束移開后,熔融的金屬直接從液態(tài)淬硬為固態(tài),形成表面強化層的工藝。激光熔凝強化的不足之處,在于激光加工后的表面粗糙度有所降低,其降低幅度取決于激光加工工藝參數。激光淬火與熔凝處理的共同特點是不改變材料的成份。
2.1.3 激光表面合金化:
    工藝過程與激光熔覆類似,最大差別在于它添加的合金元素與基材充分混合,共同決定表面層的性能;而激光熔覆則主要利用所添加合金粉末的性能,基材對表面合金化層性能的貢獻很小。對于冶金行業(yè)軋輥、導位、輸送輥、夾送輥、剪刃等大量易損件來說,最大好處是將其整體合金化變成表面合金化或者熔覆,可使軋輥等易損件的使用壽命大幅度提高。
2.2 激光綠色再制造技術
    指激光熔覆修復技術。它能夠修復以前大量報廢的大型工件,如齒輪軸、電機軸、葉片等。激光加工過程無污染、無三廢、屬綠色高新加工技術,產生的經濟效益明顯。
    激光熔覆修復技術是采用激光束在選定工件表面熔覆一層特殊性能(如耐磨、耐腐蝕、耐疲勞、抗氧化等)的材料,以改善工件表面性能的工藝。與傳統的噴焊或者堆焊工藝相比具有以下優(yōu)點:
(1) 激光束的能量密度高,只要注入較少的能量就可以完成激光熔覆。零件熱影響區(qū)小,變形小,因此適合修復一些高精度零件或者對變形要求嚴格的零件,如風機轉子軸、汽輪機轉子軸等。
(2) 激光熔覆層稀釋率低,且可以精確控制,熔覆層的成分與性能主要取決于熔覆材料的成份。因此,可以采用各種性能優(yōu)良的材料對基材表面進行改性;特別是可以采用激光熔覆技術修復一些常規(guī)堆焊工藝無法實現的工件,如渦輪發(fā)動機葉片、電機主軸等。
(3) 激光熔覆層組織致密,微觀缺陷少,熔覆層與基材為冶金結合,強度高,因此可以用于一些重載條件下零件的表面強化與修復,如大型軋輥扁頭、大型齒輪、大型曲軸等零件的修復。

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