在
激光局部淬火工作中,需要注意以下几个方面:
一、设备与参数设置
激光设备检查
激光功率稳定性:在开始工作前,要检查激光设备的功率是否稳定。因为激光功率的波动会直接影响淬火效果。例如,功率过高可能导致工件表面过度熔化,形成废品;功率过低则可能无法达到淬火所需的温度,不能形成有效的硬化层。可以使用功率计对激光功率进行检测,确保其在规定的公差范围内。
光束质量与光斑形状:检查激光光束的质量和光斑形状。良好的光束质量可以保证能量的集中和均匀分布。光斑形状应符合淬火区域的要求,通常希望光斑是均匀的圆形或方形。如果光斑出现畸变,如能量分布不均匀,可能会使淬火后的工件表面硬度不一致。可以通过光束分析仪器来评估光束质量和光斑形状。
冷却系统功能:激光设备的冷却系统至关重要。由于激光产生过程中会产生大量的热量,需要有效的冷却来维持设备的正常运行。检查冷却水管路是否畅通,冷却液的液位是否足够,冷却水泵是否正常工作。例如,若冷却液不足,可能会导致激光设备的关键部件过热损坏,影响设备的使用寿命和工作性能。
参数设置优化
激光功率与扫描速度匹配:根据工件的材料、尺寸和淬火要求,合理设置激光功率和扫描速度。激光功率和扫描速度是相互关联的参数,它们共同决定了工件表面的加热速度和淬火效果。例如,对于高碳钢工件,较高的激光功率结合适当的扫描速度可以使表面迅速达到淬火温度,然后通过自身的热传导快速冷却,形成马氏体组织,提高表面硬度。一般来说,激光功率越高,扫描速度可以相应加快,但需要通过试验来确定最佳的匹配参数。
光斑尺寸与淬火深度:考虑光斑尺寸对淬火深度的影响。光斑尺寸越大,能量分布相对越分散,淬火深度可能较浅;光斑尺寸越小,能量越集中,淬火深度可能会增加,但也容易造成表面温度过高。在实际操作中,要根据工件对淬火深度的要求来调整光斑尺寸。例如,对于只需要浅表面淬火的工件,如一些小型模具的刃口部分,可以使用较大的光斑尺寸,以获得较宽但较浅的淬火层。
脉冲频率(对于脉冲激光):如果使用脉冲激光进行淬火,脉冲频率也是一个关键参数。脉冲频率决定了单位时间内激光脉冲的次数,它会影响工件表面的加热和冷却周期。合适的脉冲频率可以使工件表面在脉冲间隔期间得到充分的冷却,有利于马氏体的形成。例如,在淬火一些对热敏感性高的合金材料时,适当降低脉冲频率可以避免材料过热,提高淬火质量。
二、工件准备与处理
表面清洁与预处理
去除油污和杂质:工件表面必须清洁,不能有油污、铁锈、灰尘等杂质。这些杂质会吸收激光能量,导致淬火不均匀,甚至可能引起表面烧伤。可以使用有机溶剂(如丙酮、酒精)清洗工件表面,或者采用机械打磨的方式去除铁锈和氧化皮。例如,对于长期暴露在空气中的钢铁工件,先用砂纸打磨掉表面的氧化层,然后用酒精擦拭干净,以确保激光能量能够有效地被工件吸收用于淬火。
表面粗糙度控制:工件表面的粗糙度也会影响激光淬火效果。过于光滑的表面可能会导致激光反射率增加,降低能量吸收效率;而过于粗糙的表面会使光斑的聚焦效果变差。一般来说,表面粗糙度 Ra 值控制在 0.8 - 3.2μm 较为合适。可以通过研磨、抛光等方式来调整表面粗糙度。
工件装夹与定位
装夹稳定性:确保工件装夹牢固,避免在激光扫描过程中工件发生位移。如果工件移动,不仅会使淬火区域偏离预定位置,还可能导致激光与工件的相对位置变化,影响淬火质量。可以使用合适的夹具,如虎钳、磁性吸盘等,根据工件的形状和尺寸选择合适的装夹方式。例如,对于圆柱形工件,可以使用 V 型块进行装夹,保证工件在水平和垂直方向的稳定性。
定位精度:准确地定位淬火区域非常重要。可以使用高精度的定位工具,如千分尺、卡尺、定位销等,确保激光光斑能够准确地照射在需要淬火的部位。对于复杂形状的工件或有多个淬火区域的工件,要提前规划好扫描路径和定位点,并且在装夹后进行仔细的校准。
三、操作环境与安全防护
环境条件控制
温度与湿度:操作环境的温度和湿度会影响激光设备的性能和工件的淬火效果。温度过高可能会使激光设备的散热负担加重,降低其工作稳定性;湿度过高可能会导致电气设备受潮,引发故障。一般建议工作环境温度保持在 18 - 25℃,相对湿度控制在 40% - 60%。可以通过安装空调和除湿设备来调节环境条件。
光照与灰尘:避免强光直射激光设备和工件,因为强光可能会干扰激光的光路和能量检测系统。同时,要尽量减少工作环境中的灰尘,灰尘颗粒可能会进入激光设备内部,影响光学元件的性能,也可能会落在工件表面,影响淬火质量。可以通过安装遮光罩和空气过滤设备来改善工作环境。
安全防护措施
激光辐射防护:激光辐射对人体眼睛和皮肤有伤害,操作人员必须佩戴符合标准的激光防护眼镜和防护手套。激光防护眼镜的波长范围和光学密度要根据激光设备的波长和功率来选择,以确保能够有效地阻挡激光辐射。防护手套要能够防止激光反射或散射对皮肤的伤害。
通风与有害气体处理:在激光淬火过程中,工件表面可能会产生一些有害气体,如金属氧化物烟雾。要确保工作场所通风良好,可以安装通风设备,如抽风机、通风管道等,将有害气体排出室外。对于一些产生大量有害气体的情况,还需要配备相应的有害气体处理装置,如活性炭吸附装置或化学洗涤塔等。