激光切割的分类:1)汽化切割利用高能量密度的激光束加热工件。在短的时间内汽化,形成蒸气。在材料上形成切口。材料的汽化热一般很大,所以激光汽化切割时需要大的功率和功率密度。激光汽化切割多用于极薄金属材料和非金属材料(如纸、布、木材、塑料和橡皮等)的切割。2)熔化切割,激光熔化切割时,用激光加热使金属材料熔化,喷嘴喷吹非氧化性气体(Ar、He、N等),依靠气体的强大压力使液态金属排出,形成切口。激光束可聚焦的区域,可焊接小型且间隔相近的部件,可焊材质种类范围大,亦可相互接合各种异质材料。所需能量只有汽化切割的1/10。激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金属的切割,如不锈钢、钛、铝及其合金等。3)氧气切割,它是用激光作为预热热源,用氧气等活性气体作为切割气体。喷吹出的气体一方面与切割金属作用,发生氧化反应,放出大量的氧化热;另一方面把熔融的氧化物和熔化物从反应区吹出,而切割速度远远大于激光汽化切割和熔化切割。激光氧气切割主要用于碳钢、钛钢以及热处理钢等易氧化的金属材料。4)划片与控制断。激光划片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面进行扫描,使材料受热蒸发出一条小槽,然后施加一定的压力,脆性材料就会沿小槽处裂开。激光划片用的激光器一般为Q开关激光器和CO2激光器。控制断裂是利用激光刻槽时所产生的陡峭的温度分布,在脆性材料中产生局部热应力,使材料沿小槽断开。
焊接优点
(1)焊件位置,务必在激光束的聚焦范围内。
(2)焊件需使用夹治具时,必须确保焊件的终位置需与激光束将冲击的焊点对准。
(3)可焊厚度受到限制渗透厚度远超过19mm的工件,生产线上不适合使用激光焊接。
(4)高反射性及高导热性材料如铝、铜及其合金等,焊接性会受激光所改变。
(5)当进行中能量至高能量的激光束焊接时,需使用等离子控制器将熔池周围的离子化气体驱除,以确保焊道的再出现。
(6)能量转换效率太低,通常低于10%。
(7)焊道快速凝固,可能有气孔及脆化的顾虑。
(8)设备昂贵。
机床离合器联结、花键套、磁轭和齿环的激光淬火技术应用
机床离合器联结、花键套、磁轭和齿环等经激光淬火后,其质量明显优于普通盐浴或感应淬火,解决了联结爪部工作面硬度低、卡爪内侧畸变大,花键套键侧面硬度低、内孔畸变超差、小孔处开裂,磁轭和齿环渗碳淬火畸变大、发生断齿、两者啮合不良、传递力矩不足及发生打滑等缺陷。(2)激光淬火工艺采用了常用普通中碳钢代替昂贵的合金渗碳钢,从而有效地降低了生产成本,产生了良好的经济效益。
实例1 电磁离合器联结(见图7),材料为45钢,技术要求:硬度≥55HRC,淬硬层深度≥0.3mm,爪部直径畸变≤0.1mm,硬化面积≥80%。
(1)工艺流程
全部机械加工后,在数控激光热处理机上自动进行六个爪的12个侧面激光扫描淬火。
(2)激光淬火工艺
激光输出功率P=1000W,透镜焦距f=350mm,离焦量d=59mm,扫描速度v=1000mm/min,生产节拍t=45s/件。
(3)检验结果
硬度为57~60HRC,淬硬层深度0.3~0.6mm,直径畸变≤±0.03mm,爪侧面100%淬硬
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