[发明专利]一种高速激光点状热处理装置

说明书

本发明提供了一种高速激光点状热处理装置，其特征在于，包括脉冲激光器，所述脉冲激光器用于对工件进行表面热处理，输出的激光脉冲宽度小于0.1秒，所述脉冲激光器的脉冲占空比为10％‑80％；聚焦头，位于所述脉冲激光器的出口侧，用于对所述脉冲激光器发射的激光聚焦；安装座，用于安装所述脉冲激光器及所述聚焦头；工作台，用于固定所述工件，控制所述工件运动。本发明的技术方案通过采用脉冲宽度τ＜0.1秒的高速激光对工件进行点状热处理，可以避免连续热处理过程中的搭接，有效避免热应力搭接，使工件易于形成过饱和固溶体、介稳相、甚至非晶态等特殊的材料结构，应用领域广泛。

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其是涉及一种高速激光点状热处理装置。

背景技术

激光表面热处理技术利用激光作为热源，加热材料表面，通过与其它技术的合作，达到对材料表面改性的目的。采用激光表面处理的过程中，激光需要聚焦到比较小的光斑从而保证足够高的功率密度。当需要对一定比较大的面积进行表面处理时，就需要利用激光光斑对表面进行多次多道扫描，这其中就会出现连续扫描道之间的搭接区域。搭接区会出现回火软化现象，同时多道连续热处理会逐渐积累温度，形成累积的热应力分布，从而很容易出现微裂纹。

专利号(CN100417746C)，专利名称(一种分布式激光点状合金化方法)，该技术采用脉冲激光照射材料表面，在脉冲激光照射的过程中加热激光脉冲光斑区域，从而形成点状(圆形或椭圆形)的加热区，在加热同时加入合金粉末，当激光脉冲结束时，即在表面形成一个合金化的点。当下一个激光脉冲来临前，工件已经通过适当的方式移动到下一个位置，因此下一个激光脉冲照射的区域与上一个脉冲所形成的合金化区是分开的。重复这个操作，采用多个激光脉冲，可以在材料表面形成周期性的激光合金化点。这个采用点状合金化的方法，可以避免连续热处理过程中的搭接问题，也可以有效地避免热应力的积累。

上述专利内容规定了激光脉冲的宽度τ为0.1≤τ≤1.0s，这种限制使该技术只能进行比较慢速度的激光表面加热，这也是这种方法只能适用于激光合金化的原因，但绝大部分的激光热处理工艺都要求激光加热的速度远大于上述专利的要求，例如激光淬火和熔凝技术，就要求快速加热表面，只有快速加热表面，才能减小热影响区域，从而在被加热表面冷却过程中保证足够高的冷却速度，而只有冷却速度足够高，才能够在冷却过程中形成过饱和固溶体、介稳相、甚至非晶态等特殊的材料结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速激光点状热处理装置，该高速激光点状热处理装置能够通过快速的加工过程在表面形成各种过饱和固溶体、介稳相、甚至非晶态等特殊的材料结构，从而大大拓展激光加工的性能。

本发明提供一种高速激光点状热处理装置，包括：脉冲激光器，所述脉冲激光器用于对工件进行表面热处理，输出的激光脉冲宽度小于0.1秒，所述脉冲激光器的脉冲占空比为10％-80％；聚焦头，位于所述脉冲激光器的出口侧，用于对所述脉冲激光器发射的激光聚焦；安装座，用于安装所述脉冲激光器及所述聚焦系统；工作台，用于固定所述工件，控制所述工件运动。

进一步地，所述脉冲激光器为可通过外部控制调制脉冲输出的脉冲激光器。

进一步地，所述脉冲激光器的脉冲占空比为10％-50％。

进一步地，所述脉冲激光器为采用外机械开关调制的连续激光器。

进一步地，所述外机械开关为机械斩光盘、机械多棱镜或机械偏摆镜，所述机械斩光盘的转动轴与连续激光的照射方向平行，所述机械斩光盘上均匀开设有通光孔，所述通光孔位于同一圆周上，所述机械多棱镜的转动轴与连续激光的照射方向垂直，所述机械多棱镜用于反射连续激光，所述机械多棱镜的一侧设有不少于两个接收镜，所述接收镜用于接收并通过所述机械多棱镜反射的连续激光，所述机械偏摆镜的固定轴与连续激光的照射方向垂直，所述机械偏摆镜的驱动控制装置为电机、检流计或压电陶瓷，所述机械偏摆镜的一侧设有不少于两个接收镜，所述接收镜用于接收并通过所述机械偏摆镜反射的连续激光。