[发明专利]一种减小激光淬火搭接软带宽度的激光淬火工艺

说明书

本发明涉及一种减小激光淬火搭接软带宽度的激光淬火工艺，通过缩短准直长度，可以有效增大进光光斑，通过增大积分镜的面积，可有效在同等时间内增加光斑区受热时间，通过降低移动速度，可以有效延长光斑在加热区的受热时间，增强加热深度，有效提高淬火层深度，通过调整激光束的发射方向，使得光斑能量向搭接重叠端偏移，可以有效实现右端能量的集中，减小虚斑；上述工艺参数的调整，获得的激光淬火硬化层回火软带宽度由原工艺的0.5～1.0mm可以缩减到0.2‑0.3mm，且软带硬度降低不明显，达到理想效果。

技术领域

本发明涉及激光热处理技术领域，特别是一种减小激光淬火搭接软带宽度的激光淬火工艺。

背景技术

随着工业激光器发展，激光淬火技术得到了越来越广泛的应用，激光表面淬火是用高能激光束快速扫描工件表面，在表面极薄一层的小区域内（光斑大小）快速吸收能量而使温度急剧上升。由于金属基体优良的传热导热性，表面热量迅速传到工件的其它部分，从而在极短的瞬间完成自冷淬火，实现工件表面的相变硬化。激光淬火后，在工件表面可得到晶体细化、组织致密的马氏体和莱氏体，表层石墨消失，碳化物含量增加，弥散度提高，在次表层产生残余奥氏体；激光淬火技术可极大的提高零件表面的硬度、耐磨性、抗腐蚀性，同时还可以循环再制造，节约零件使用成本，延长使用寿命。激光表面淬火技术解决了许多常规热处理工艺无法解决的问题，如薄壁件的淬火、内孔零件的表面处理等，已大量应用于冶金、汽车、模具、五金、轻工，机械制造等行业，适合各种零件的热处理。

现有技术中，激光加工工艺中激光光斑的能量分布严格来说是呈中部强边缘弱的现象，这主要和光束的波长、聚焦积分镜的设计精度、入光能量分布调整等有直接关联。在无法避免虚斑的情况下可以通过控制积分镜片的加工精度、光斑能量的偏移调整进行改善。

当需要淬火的工件表面大于激光光斑或需要进行大面积的淬火时，就需要采用多道扫描的方法对工件表面进行淬火。激光淬火工艺由于受到设备限制，光斑尺寸设计成固定的圆形或矩形，比如5mm圆形或30*2矩形光斑，如在超过光斑尺寸（30mm）的面进行激光淬火就需要多道逐条搭接扫描来完成大面积淬火。而在进行多道激光扫描时，相邻的两条硬化带会存在一定程度的搭接，前一道激光硬化带的部分区域会被与其相邻的后一道激光二次加热，已经形成的马氏体组织在被二次加热后转化为硬度较低的回火马氏体，因此，经过多道扫描淬火的工件会存在回火软带，从而造成淬火硬化层的不均匀。

例如对某型号轧辊进行激光淬火时的工艺参数为功率P=3.5kw，扫描速度V=250mm/min，矩形光斑尺寸d=30*2mm，淬火后硬度分布曲线如图1所示，回火软带宽度通常在0.5-1mm，软带硬度降低明显。

如何提高减小回火软带对淬火面的影响，是本领域技术人员急需解决的技术难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可以有效减小激光淬火搭接软带宽度的激光淬火工艺。

为解决上述技术问题，本发明提供的减小激光淬火搭接软带宽度的激光淬火工艺，包括如下步骤：

A、对待淬火工件表面进行清洁，以确保其表面符合激光淬火要求；

B、对激光设备进行调校，把准直度由100mm调整到70-80mm，把积分镜调整为30*5mm，调整工艺参数中的移动速度为150-180mm/min，功率为3.0-3.5kw，调整激光束的发射方向，使得光斑能量向搭接重叠端偏移8°-10°，搭接率不小于10%，实现右端能量的集中，减小虚斑。

C、使用调校完成的激光设备对待淬火的工件表面进行多道激光扫描淬火；

D、对完成激光淬火的工件进行激光淬火层硬度测定。

通过上述调整，同种材料的激光淬火回火软带宽度在0.2-0.3mm，且软带硬度降低不明显。

进一步，所述步骤B中，把准直度由100mm调整到75mm，以增大进光光斑。