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课题四
课题四高能束加工
知识目标
了解高能束加工的特点;
理解激光产生的原理;
掌握激光特性及激光加工的原理与特点;
理解电子束和离子束加工的原理。
技能目标
理解激光加工设备的组成;
掌握激光加工的应用;
熟悉电子束和离子束加工的原理及应用。
任务一熟悉激光加工的应用
任务描述
激光加工(LBM)是利用激光经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度,靠光热效应来加各种材料的。
激光加工已经在生产实践中愈来愈多地显示其优越性,很受人们的重视。
图4-1-1所示为激光加工的各种应用。
(a)激光打孔(b)激光切割
(c)激光打标(b)激光焊接
图4-1-1激光加工的应用
任务分析
激光具有方向性、相干性、单色性好和光强度高的特点,因此,激光加工可以用于打孔、切割、电子器件的微调、焊接、热处理以及激光存储等各个领域。
知识准备
一、高能束加工
高能束加工是利用被聚焦到加工部位上的高能密度束流去除工件上多余材料的加工方法。
常用的高能密度束流加工方法主要有激光加工、电子束加工、离子束加工等。
高能密度束流加工的特点如下。
(1)加工速度快,热流输入少,对工件热影响极小,工件变形小。
(2)束流能够聚焦且有极高的能量密度,激光加工、电子束加工可使高硬度、难熔的材料在瞬间熔融汽化,而离子束加工是以极大能量撞击零件表面,使材料变形、分离破坏。
(3)工具与工件不接触,无工具变形及损耗问题。
(4)束流控制方便,易实现加工过程的自动化。
二、激光的产生及特性
人们曾用透镜将太阳光聚焦,把纸张、木材引燃,但无法用作材料加工。
其主要原因:
地面上太阳光的能量密度不高;太阳光不是单色光,而是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫多种不同波长的多色光,聚焦后焦点并不在同一平面内。
激光是可控的单色光,强度高、能量密度大,可以在空气介质中高速加工各种材料。
1960年美国研制成功世界上第一台可用于加工的激光器。
目前激光加工已成为一种重要的新兴产业,激光加工技术已广泛用于机械工业、电子工业、国防和人民生活等许多领域。
激光最初被译为“莱塞”,即英语“Laser”,是“Lightamplificationbystimulatedemissionofradiation”(译为“辐射的受激发射光放大”)的缩写。
20世纪60年代初期,钱学森建议,把“光受激发射器”改称为“激光”或“激光器”。
世界上第一台红宝石激光器由美国科学家梅曼于1960年研制成功,随后各种激光器不断涌现,我国科学家王之江于1961年在长春光机所研究成功我国第一台激光器。
激光器作为20世纪四大发明之一,为人们科学研究、生产提供了新的方法,也给人类的生活带来了很大方便,特别在是进入20世纪80年代以来,激光加工技术在工业上获得广泛的应用,成为工业上不可缺少的一种方法。
1.激光的产生
原子是由一个带正电的原子核和围绕它运动的
个电子组成,就像太阳系一样,原子核相当于太阳,电子相当于周围的行星。
电子公转轨道称为电子壳层,不同的电子壳层的电子能量
不相同,从而形成了分立的能级结构,电子在不同能级之间发生跃迁,就会伴随光的吸收或发射。
1)光的自发辐射
由于电子在原子外层的分布不同,具有不同的内部能量,从而形成能级。
若原子处于内部能量最低的状态,则称原子处于基态。
其他比基态能量高的状态,都称为激发态。
在热平衡情况下,绝大多数原子都处于基态。
处于基态的原子,从外界吸收能量以后,将跃迁到能量较高的激发态。
当原子被激发到高能级
时,它在高能级上是不稳定的,即使在没有任何外界作用的情况下,它也有可能从高能级
跃迁到低能级
,并把相应的能量释放出来,如图4-1-2所示。
这种在没有外界作用的情况下,原子从高能级向低能级跃迁过程中释放的能量通过光辐射形式放出,这种跃迁过程称为自发辐射。
2)光的受激吸收
当原子受到外来能量为
的光子作用(激励)时,处于低能级
上的原子由于吸收一个能量为
的光子而受到激发,跃迁到高能级
上去,这种过程称为光的受激吸收,如图4-1-3所示。
3)光的受激辐射
当原子受到外来能量为
的光子作用(激励)时,处在高能级
上的原子也会在能量为
的光子诱发下,从高能级
跃迁到低能级
,这时原子发射一个与外来光子一模一样的光子,这种过程称为光的受激辐射,如图4-1-4所示。
2.激光的特性
激光首先也是一种光,具有普通光的特性,如反射、折射、绕射和相干特性。
除此之外,还具有一些独特的性能,如单色性好、相干性好、方向性好和能量密度高等。
激光的这些特性不是彼此独立的,实际上,正是由于激光的受激辐射本质决定了它是一个相干光源,因此其单色性和方向性好,能量集中。
1)单色性
激光具有其他光源的光所难以达到的、极高的单色性,这是由于构成激光的谐振腔的反射镜具有波长选择性,并且利用原子固有能级跃迁的结果。
激光是受激发射的,它的频率宽度很窄,比普通光源(如氖灯)的频率宽度要窄几个数量级。
因此,激光单色性比普通光源单色性要好得多。
2)方向性
光源的方向性由光束的发散角θ来描述,普通光源发出的光是各向传播的,发散角很大,激光的发散角却很小,它几乎是一束平行光。
在各类激光器中,气体激光器的方向性最好,固体激光器次之,半导体激光器最差。
3)相干性
相干性是区别激光与普通光源的重要特性。
当两列振动方向相同、频率相同、相位固定的单色光叠加后,光的强度在叠加区域不是均匀分布的,而是在一些地方有极大值,一些地方有极小值。
这种在叠加区域出现的强度稳定的强弱分布现象称为光的干涉现象,即这两列光波具有相干性。
在普通光源中,各发光中心是自发辐射,彼此相互独立,基本上没有相位关系,因此很难有恒定的相位差,相干性很差;而激光是受激辐射占优势,加上谐振腔的作用,各发光中心相互联系密切,在较长时间内有恒定的相位差,能形成稳定的干涉条纹,所以激光的相干性好。
激光束的方向性和空间相干性对它的聚焦性能有重要影响。
4)高密度
激光束和其他光束一样,可以通过凸镜或金属反射镜加以聚焦。
经聚焦后,可以将激光的巨大能量聚焦到直径为光波波长量级的光斑上,形成极高的能量密度,可达到105~1013W/cm2的功率密度。
三、激光加工的原理与特点
1.激光加工的原理
激光加工的原理如图4-1-5所示。
通过光学系统可将激光束聚焦成直径为几十微米到几微米的极小光斑,从而获得极高的能量密度(108~1010W/cm2)。
激光束照射到工件表面上时,光能被工件吸收并迅速转化成热能(焦点温度高达10000℃以上),使照射斑点处局部区域温度迅速升高,将材料瞬间熔化和蒸发,工件表面不断吸收激光能量,凹坑处的金属蒸气迅速膨胀,压力猛然增大,熔融物被产生的强烈冲击波喷溅出去。
激光蚀除加工的物理过程大致可分为材料对激光的吸收和能量转换,材料的加热熔化、气化,蚀除产物的抛出等连续过程。
1)材料对激光的吸收和能量转换
激光入射到材料表面上的能量,其中一部分被材料吸收用于加工,另一部分能量被反射、透射等损失掉。
材料对激光的吸收与波长、材料性质、温度、表面状况、偏振特性等因素有关。
对于一般激光加工,均可认为材料吸收的光能向热能的转换是瞬间发生的。
在这个瞬间,热能仅作用于材料的激光辐照区,随后通过热传导使热量由高温区流向低温区。
2)材料的加热熔化、气化
材料吸收激光能并转化为热能后,其受射区的温度迅速升高。
开始时,蒸气在大的立体角范围内,逐渐形成深的圆坑,圆坑形成之后,蒸气便以一条较细的气流喷出,这时熔融材料也伴随着蒸气流溅出。
3)蚀除产物的抛出
由于激光束照射加工区域内材料的瞬时急剧熔化、气化作用,加工区内的压力迅速增加,并产生爆炸冲击波,使金属蒸气和熔融产物高速地从加工区喷射出来,熔融产物高速喷射时所产生的反冲力,又在加工区形成强烈的冲击波,进一步加强了蚀除产物的抛出效果。
2.激光的加工特点
激光加工具有以下特点。
(1)激光加工属于高能束加工,其能量密度高,加工的热作用时间短,热影响区小,几乎可以加工任何材料。
(2)激光加工不需要工具,无明显机械力,不存在工具损耗,加工速度快,热影响区小,便于组织自动化生产。
并且激光可以通过聚焦形成微米级的光斑,输出功率可以调节,因此,激光加工可用于精密微细加工。
(3)加工方法多、适应性强。
在同一台设备上可完成切割、打孔、焊接、表面处理等多种加工,既可分步加工,又可在几个工位同时进行加工。
可加工各种材料,包括高硬度、高熔点、高强度及脆性、柔性材料。
既可在大气中加工,也可在真空中进行加工。
激光可通过玻璃等透明材料进行加工,如可对真空管内部进行激光焊接加工。
(4)加工精度高,质量好。
平均加工精度为0.01mm,最高加工精度为0.001mm,表面粗糙度Ra可达0.1~0.4µm。
对微型陀螺转子,采用激光动平衡技术,其平衡精度可达百分之一或千分之几微米的质量偏心值。
(5)加工效率高,经济效益好。
在某些情况下,用激光切割可提高效率8~20倍,用激光进行深熔焊接的生产效率比传统方法提高了30倍。
用激光微调薄膜电阻,可使加工效率提高1000倍,精度提高10~100倍。
用激光强化电镀,其金属沉积率可提高1000倍。
金刚石拉丝模用机械方法打孔需要24h,用YAG激光器打孔只需要2s,提高工效43200倍。
与其他打孔方法相比,激光打孔的直接费用可节省25%~75%,间接费用可节省50%~75%。
与其他切割方法相比,激光切割钢材可节省费用70%~90%。
(6)能源消耗少,无加工污染,在节能、环保等方面有较大优势。
激光束不产生像电子束那样的射线,无加工污染,其能量利用率为常规热加工工艺的10~1000倍,且加工用的激光束无“刀具”磨损及切削力影响的问题,激光切割可节省材料15%~30%。
四、激光加工设备
激光加工的基本设备包括激光器、电源、光学系统及机械系统等。
1.激光器
激光发射器简称激光器,用来将电能转变成光能,产生激光束,是激光加工的重要设备。
按工作物质的形态可分为固体激光器、气体激光器、液体激光器及半导体激光器,按激光输出的方式可分为密封式激光器、纵向流动式激光器、横向流动式激光器。
加工中常用的激光器见表4-1-1。
表4-1-1加工中常用的激光器
种类
工作物质
波长
/μm
输出方式
能量或功率
主要用途
固体激光器
红宝石(Al2O3,Cr3+)
0.69
脉冲
几至几十焦耳
打孔、焊接
钕玻璃(Nd3+)
1.06
脉冲
几至几十焦耳
打孔、焊接
掺钕钇铝石榴石YAG
1.06
脉冲
几至几十焦耳
打孔、焊接、微调、切割
连续
几至上百焦耳
气体激光器
二氧化碳CO2
10.6
脉冲
几焦耳
打孔、焊接、切割、热处理
连续
几至几十千瓦
氩(Ar+)
0.5145
0.4880
—
—
光盘刻存储
固体激光器结构示意图如图4-1-6所示。
固体激光器(如红宝石激光器)的优点是机械强度大,能承受高功率密度,可获得大能量输出。
气体激光器以气体或蒸气为工作物质,其中,氦-氖激光器是目前应用最广泛的典型原子激光器,具有频率稳定性好、寿命长、价格低等优点,适用于全息照相、准直测量和激光干涉测量等。
对激光器的基本要求是高效率、长寿命、长期稳定和低运转成本,不同的应用环境对光束的质量和波长有不同的要求。
波长越短,金属表面对激光的吸收越大。
就材料加工而言,波长为5μm的CO激光器兼具CO2激光器与YAG激光器的优点,既能达到CO2激光器的高效运转和高功率输出,又能像YAG激光器那样用光纤传输。
所以,CO激光器在材料加工方面有独到之处,试验证明,CO激光器切割低碳钢的效率比CO2激光器高5倍,切割不锈钢的效率比CO2激光器高2倍。
2.电源
激光器电源为激光器提供所需要的电能及控制功能。
大功率激光器一般用特殊负载的电源来激励工作物质。
在气体激光器中,电源直接激励气体放电管;在固体激光器中,激励工作物质的是泵浦灯。
根据激光器的不同工作状态,电源可在连续或脉冲状态下运转。
3.光学系统
根据被加工工件的性能要求,光束经放大、整形、聚焦后作用于加工部位,这种从激光器输出窗口到被加工工件之间的装置称为光学系统。
在加工系统中,光学系统的作用如下。
(1)将激光束从激光器输出窗口引导至被加工工件的表面上,并在加工部位获得所需的光斑形状、尺寸及功率密度。
(2)指示加工部位。
(3)观察加工过程及加工零件。
4.机械系统
机械系统包括工件定位夹紧装置、机械运动系统、工件的上料和下料装置等。
机械系统用来确定工件相对于加工系统的位置。
激光加工中激光束与工件位置的控制,可用以下三种方式实现。
(l)工件移动,而激光头和光束制导装置固定不动。
(2)激光头和光束制导装置移动,工件固定不动。
(3)光束制导装置移动,激光头和工件不动。
任务实施
1.激光打孔
激光打孔的功率密度一般为107~108W/cm2。
激光打孔主要应用于在特殊零件或特殊材料上加工孔,如火箭发动机和柴油机的喷油嘴、化学纤维的喷丝板、钟表上的宝石轴承和聚晶金刚石拉丝模零件上的微细孔加工。
激光打孔的效率很高,例如加工直径为0.12~0.18mm,深度为0.6~1.2mm的宝石轴承孔,若工件自动传送,每分钟可加工数十件。
在聚晶金刚石拉丝模坯料的中央加工直径为0.04mm的小孔,仅需十几秒。
1)激光打孔过程
为叙述方便,图4-1-7所示把瞬时的激光脉冲分成五个连续的小段,1段为前缘,2、3、4段为稳定输出,5段为尾缘。
当激光的1段进入材料后,材料开始被加热,由于材料表面有反射,加热显得缓慢无力,由于热量向材料内部传导,造成较大区域材料的温升。
相变以熔化为主,相变区面积大而深度浅。
当激光的2段进入材料后,因材料相变使加热显得剧烈得多,熔融区面积比相变区缩小而深度增加,开始形成小的孔径。
当激光的3、4段进入材料后,打孔过程相对稳定。
材料的气化比例剧增至最大程度,形成了孔的圆柱段。
当进入材料后,材料的加热已临近终止,5段后气化及熔化趋于结束,从而形成了孔的尖锥形孔底。
2)影响激光打孔的主要因素
打孔主要是用于各种材料的小孔、窄缝等微细加工,它虽然也有生产率和表面粗糙度的要求,但首要的是精度要求,如孔和窄缝的大小、深度及几何形状等。
由于工艺对象的最小尺寸只有几十微米,因而它的精度属于微米级。
为达到这样高的精度要求,除保证光学系统和机械方面的精度外,还必须了解影响激光加工的因素。
影响激光打孔的主要因素有输出功率与照射时间、焦距与发散角、焦点位置、光斑内能量分布、照射次数及工件材料等。
(1)输出功率与照射时间。
激光的输出功率大、照射时间长时,工件所获得的激光能量也大。
实践表明,当焦点固定在表面时,输出的激光能量越大,所打的孔就越大、越深,且锥度越小。
激光的照射时间一般为0.2~1μs。
当激光能量—定时,照射时间太长会使热量传到非加工区,照射时间太短则会因功率密度过高而使蚀除物都以高温气体喷出,从而使能量的使用效率降低。
(2)焦距与发散角。
发散角小的激光束,经短焦距的聚焦物镜以后,在焦面上可以获得更小的光斑及更高的功率密度。
焦面上的光斑直径小,所打的孔也小。
而且,由于功率密度大,激光束对工件的穿透力也大,打出的孔不仅深,而且锥度小。
所以,要尽量减小激光束的发散角,并尽可能采用短焦距物镜(焦距为20mm左右),只有在一些殊殊情况下,才选用较长的焦距。
(3)焦点位置。
焦点位置对于孔的形状和深度都有很大影响,如图4-1-8所示。
当焦点位置很低时,见图4-1-8(a),透过工件表面的光斑面积很大,此时孔呈锥形。
由图4-1-8(a)至(c)焦点逐步提高,孔深也增加,但如果焦点过高,会使能量密度分散而无法继续加工。
因此,一般激光的实际焦点在工件的表面或略低于工件表面为宜。
(4)光斑内能量分布。
激光束经聚焦后光斑内各处的光强是不同的。
若光强以焦点中心对称分布,称为基模光束,这时能量最集中,能聚焦成极高的能量密度,在激光加工中最为有利,其能量以焦点为轴心对称分布,所以光束加工出的孔是正圆形的,如图4-1-9(a)所示。
当激光束不是基模输出时,其能量分布不以焦点为轴心对称,加工出的孔也必然不对称,如图4-1-9(b)所示。
如果在焦点附件有两个光斑,则加工出的孔如图4-1-9(c)所示。
如果对孔的圆度要求特别高,就必须在激光器中加上限制振荡的措施,使它仅能产生基模输出。
(5)激光照射次数。
用激光照射一次,加工的深度约是孔径的5倍左右,且锥度较大。
如果用激光多次照射,不仅深度可以大大增加,锥度可以减少,而且孔径几乎不变,但是孔的深度并不与照射次数成比例。
图4-1-10所示是用红宝石激光器加工蓝宝石时获得的试验曲线。
从图中可知,照射20~30次以后,孔的深度到达饱和值,如果单脉冲能量不变,则不能继续加工。
多次照射能在不扩大孔径的情况下将孔逐渐打深,如图4-1-11所示。
第一次照射后加工出一个不太深且带锥度的孔;第二次照射后加工出的孔是原孔形的延伸,孔径基本不变,所以多次照射能加工出深而锥度小的深孔。
多次照射的焦点位置宜固定在工件表面而不应逐渐移动。
(6)工件材料的影响。
由于各种工件材料对能量的吸收光谱不同,经透镜聚焦到工件上的激光能量不可能全部被吸收,其中有相当一部分能量被反射或透射而散失掉,其吸收效率与工件材料的吸收光谱及激光波长有关。
在生产实践中,必须根据工件材料性能(吸收光谱)选择合适的激光器。
图4-1-12所示是用红宝石激光器照射钢表面时所获得的工件表面微观不平度与加工深度的关系曲线。
结果表明,工件表面质量越好,其对光的吸收效率越低,加工出的孔也越浅。
当表面微观不平度大于5μm时,打孔深度与微观不平度关系不大;当表面微观不平度小于5μm时,影响则十分明显,特别是在镜面(表面粗糙度
<0.025μm)时,孔的加工几乎无法进行。
3)激光打孔的加工特点
(1)非接触性加工。
(2)孔径容易控制。
(3)百分之几秒的短时间内完成。
(4)深度与孔径比值大。
(5)适用于高硬度、高融点材料的开孔。
(6)弯曲不平、脆质材料的开孔也容易加工。
2.激光切割
激光切割是激光加工中应用最广泛的一种,与传统的机械切割方式和其他切割方式(如等离子切割、水切割、氧溶剂电弧切割、冲裁等)相比,激光切割具有如下优点:
切口细小,可以实现几乎任意轮廓线的切割;无接触式的加工,没有“刀具”磨损,没有接触能量损耗,也不会破坏精密工件的表面;切割速度快;质量高,切口的垂直度和平行度好,表面质量好;节省材料、热影响区小、变形小;噪声小,无公害;几乎不受切割材料的限制,能切割易碎的脆性材料和极软、极硬的材料,既可切割金属,也可以切割非金属如玻璃、陶瓷、木材、布料、纸张等;具有高度的适应性、加工柔性,可以实现小批量、多品种的高效自动化加工。
由于以上诸多优点,激光切割广泛用于制造领域,其不足之处是一次性投资较大,且切割深度受限。
固体激光器输出的脉冲式激光常用于半导体硅片的切割和化学纤维喷丝头异形孔的加工等。
而大功率的CO2气体激光器输出的连续激光不但广泛用于切割钢板、钛板、石英和陶瓷,还用于切割塑料、木材、纸张和布匹等。
图4-1-13所示为CO2气体激光器切割钛合金板材示意图。
激光切割是利用聚焦以后的高功率密度(105~107W/cm2)激光束连续照射工件,光束能量以及活性气体辅助切割过程附加的化学反应热能均被材料吸收,引起照射点材料温度急剧上升,到达沸点后材料开始汽化,并形成孔洞,且光束与工件相对移动,使材料形成切口,切口处熔渣被一定压力的辅助气体吹出。
3.激光焊接
在激光出现后不久激光焊接技术的研究就已开始,激光焊接技术是激光在工业中应用的一个重要方面。
激光焊接技术的应用领域不断扩展,从小功率薄板焊接到大功率厚件的焊接,从单工件焊接到多工作台、多工件同时焊接,以及由简单焊缝向复杂焊缝发展。
目前激光焊接技术已经广泛应用于武器制造、船舶工业、汽车制造、压力容器制造、民用及医用等多个领域。
激光束焊接是以聚集的激光束作为能源的特种熔化焊接方法。
当激光的功率密度为105~107W/cm2、照射时间约为1/100s时,可进行激光焊接。
如将激光焦点调节到焊件结合处,光能迅速转换成热能,使金属瞬间熔化,冷却凝固后成为焊缝。
激光焊接一般无需焊料和焊剂,只需将工件的加工区域“热熔”在一起即可,如图4-1-14所示。
激光焊接过程迅速,热影响区小,焊接质量高,既可以焊接同种材料,也可焊接异种材料,还可以透过玻璃进行焊接。
焊接用激光器有YAG固体激光器和CO2气体激光器,此外还有CO激光器、半导体激光器和准分子激光器等。
YAG固体激光器由于具有较高的平均功率,在它出现之后就成为激光点焊和激光缝焊的优选设备。
激光焊接以高能量密度的激光作为光源,对金属进行熔化形成焊接接头。
与一般焊接方法相比,激光焊接具有以下特点:
激光加热范围小,在同等功率和焊接厚度条件下,焊接速度高,热输入小,热影响区小,焊接应力和变形小;激光可通过光导纤维、棱镜等光学方法弯曲传输、偏转、聚焦,特别适合于微型零件和远距离或一些难以接近的部位的焊接;一台激光器可供多个工作台进行不同的工作,既可用于焊接,又可用于切割、合金化和热处理,一机多用;激光在大气中损耗不大,可以穿过玻璃等透明物体,适用于在玻璃制成的密封容器中焊接会对人体产生伤害的材料;激光不受电磁场影响,不需要进行射线防护,也不需要进行真空保护;可以焊一般焊接方法难以焊接的材料,如高熔点金属等,甚至可用于非金属材料的焊接,如陶瓷、有机玻璃;焊后无需热处理,适合于某些对热输入敏感材料的焊接;属于非接触焊接。
4.激光表面技术
采用激光高能束流集中作用在金属表面,通过表面扫描或伴随有附加填充材料的加热,使金属表面由于加热、熔化、汽化而产生冶金的、物理的、化学的或相结构的转变,达到金属表面改性的目的,这种加工技术称为激光表面技术。
根据激光加热和处理工艺方法的特征,激光表面处理的种类很多,图4-1-15所示为几种典型的激光表面处理工艺。
常用的表面处理方法有四种,即激光相变硬化、激光重熔、激光合金化和激光熔覆。
图4-1-16(a)所示为表面硬化示意图,这种工艺仅适用于黑色金属,并且在工件的处理过程中,表面的温度必须低于其熔点。
图4-1-16(b)所示为表面重熔示意图,加工中要把材料表面加热到熔点以上,并在材料表面生成一个重熔层。
图4-1-16(c)所示为激光熔覆示意图,其特点是激光加热是伴随着新材料的填充所进行的,激光表面合金化从机理上也属于这个范畴。
1)激光相变硬化
激光相变硬化的应用很广,包括平面类零件,如导轨、刀片、叶片及板状等零件;圆环类零件,如活塞环、汽缸胀圈、汽室胀圈、油封座、进气门、排气门、缸盖座口、各类轴承环等,以提高硬度和耐磨性为目的;套筒类零件,如汽车、拖拉机、船舶等发动机缸套或缸体、汽阀导管、电锤套筒、各类衬套和泵筒等;各种轴类、长杆导柱等;异形类零件,如齿轮、模具、针布、钟表的擒纵叉、发动机飞锤、刀具、离合器连接件、花键套等。
激光相变硬化也称为激光淬火,是利于激光辐照的能量把金属材料表面快速加热至相变温度与熔点温度之间,然后利用材料本身对加热表面进行快速冷却使其发生固态相变产生硬化层的一种工艺方法。
激光硬化从本质上讲与传统的高频感应线圈加热硬化(高频淬火)类似。
材料表面吸收激光束辐照的光能,并在瞬间把它转变成热能,通过将热量在基材上的快速传导实现被处理材料表面的自淬火。
激光硬化属于自淬火,它与传统淬火的最大不同点是在整个激光硬化的过程中不需要使用任何冷却介质。
2)激光重熔
激光重熔是在激光作用下使材料表面局部区域快速加热至熔化,随后
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