激光淬火技术提高金属表面属性
激光淬火概述
激光淬火工艺是利用激光将材料表面加热到奥氏体相变点以上，伴随着材料自身冷却，奥氏体转变为马氏体，从而使材料表面硬化的淬火技术。激光淬火的功率密度高，冷却速度快，不需要水或油等冷却介质。相对于感应淬火、火焰淬火，渗碳淬火工艺，激光淬火淬硬层均匀，硬度更高（一般比感应淬火高1-3HRC），工件变形小，加热层深度和加热轨迹容易控制，易于实现自动化，不需要像感应淬火那样根据不同的零件尺寸设计相应的感应线圈，对大型零件的加工也无须受到渗碳淬火等化学热处理时炉膛尺寸的限制。
因此在很多工业领域中，激光淬火工艺正逐步取代感应淬火和化学热处理等传统工艺。尤其重要的是激光淬火前后工件的变形几乎可以忽略，特别适合高精度要求的零件表面处理。
激光淬火设备
采用iLAM-D-1004激光淬火成套设备进行实验，如图1所示。
图1 iLAM-D-1004激光淬火成套设备
机器人6轴KUKA机器人
激光器3000WLaserline半导体激光器
激光淬火头
光斑尺寸调节范围
3.5mm*3.5mm-21mm*21mm
系统配备
双色红外测温仪
900-1500℃
闭环温控软件
双色测温仪
图2 淬火激光头分解图
图2的第5部分为双色测温仪，Laser Line AutoZoom双向调节整形模块，其适用于中高功率工业应用的淬火头，可调整的且能量分布均匀的矩形光斑，可应用于各种尺寸的零件表面处理。可变光斑镜组可通过对马达驱动对匀化过的方形光斑进行长度的调整。内置的电机驱动可选择标准0-10V模拟量控制，供电需求：24V/3A；镜头可选配红外高温计，实现温度闭环控制。
可调光斑范围：
图3 可调光斑范围图
图4 温度闭环控制界面图
温度闭环控制LASCON?是一款用于温控激光加工的激光控制器软件。主要的应用包括激光焊接，激光淬火，微硬化和激光焊接（特别是塑料的激光焊接）以及任何导致工件温度升高的工艺，如感应加热。LASCON?控制，优化和监督激光工艺。使用简单的激光工艺脚本编程语言，LASCON?能够决定好的和差的激光器处理并可以轻松地在激光支持的生产中挑选出不良部件。软件支持LPC04控制器等专门开发的硬件组件，集成高速红外高温计，激光加工头，校准单元和适配器。轻松集成到机器和工厂设备中。整个软件包分为不同的单元，通过TCP / IP协议进行通信。
材料淬火原理是将材料加热至临界温度Ac1（738℃）或Ac3（912℃）以上某一温度，并保温一段时间，使材料组织全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的速度快速冷却至室温进行马氏体转变。可以知道，激光淬火温度对淬火质量明显有比较重要的影响，而淬火温度是由淬火工艺参数决定，不同的淬火工艺参数决定不同的淬火温度，淬火温度也是重复淬火工艺较为直观的参数，因此，激光淬火过程中，通常采用红外监测实时测量材料淬火温度，将淬火温度控制在比较合理的范围内，通过温度闭环反馈系统去实时调节激光淬火工艺参数（主要调节激光功率），将淬火温度稳定在合适数值。
工艺试验
实验材料为预硬化塑料模具钢2738，预硬硬度29-33HRC，此材料主要应用在大型塑胶模具、模架上，如汽车保险杠、电视机外壳模具等。
根据激光淬火前期相关文献资料调研，进行初步实验设计，淬火形式为单道淬火，将激光光斑尺寸10mm*10mm、光斑扫描速度10mm/s，设为定值，忽略实验基材尺寸大小对淬火质量的影响，默认实验材料对激光的吸收率为100%，通过设定不同的淬火温度去检测材料的淬火硬度及淬硬层深度变化，同时，通过温控软件转换可以实时计算并显示激光器实际出光功率。
表1 工艺参数
淬火温度范围（℃）1000-1500
激光功率范围（%）46-70
功率密度范围（W/cm2）1380-2100
面能量密度范围（J/cm2）690-1050
注：激光器满功率3000W
图5 单道淬火
由图3可以看到6组参数下的淬火表面情况，1#和2#淬火后表面氧化较浅，淬火温度低，能明显看到基材打磨时留下的痕迹，且1#单道淬火宽度偏小；3#、4#与5#淬火后表面氧化中等，基本覆盖基材打磨时留下来的痕迹，淬火温度适中；6#淬火后表面氧化严重，存在表面起皮现象，淬火温度偏高。
表面硬度检测
采用里氏硬度计测量淬火硬度，具体测量数值如表2所示。从硬度值可以知道，1#淬火温度明显不足，淬火硬度低且波动较大；2#淬火硬度均值52.9HRC且硬度值波动小，但根据预硬化塑料模具钢2738的材料特性，淬火硬度可以达55HRC以上，很明显，2#淬火温度略微不足；3#、4#、5#、6#淬火硬度值均在55HRC以上，且5#淬火硬度接近60HRC，硬度波动范围在1HRC左右；综合淬火表面状况及淬火硬度，初步认为在10mm*10mm光斑、10mm/s光斑扫描速度下，淬火温度合理范围为1200℃-1400℃，相对应的激光功率密度范围为1680-1980W/cm2，激光面能量密度范围为
840-990J/cm2，其中5#淬火工艺参数为本次实验最优参数。
表2 实验1硬度检测
序号123456
硬度范围（HRC）30.3-
45.0
51.7-
54.7
55.4-
57.9
58.1-
60.1
58.2-
59.3
57.0-
60.2
硬度均值
（HRC）
36.952.95758.658.958.6
淬硬层深度
截取淬火单道横截面，制备金相试样，采用4%硝酸酒精溶液对截面进行腐蚀，通过维氏硬度计测试，可以知道淬硬层有效深度即为从淬火表面至单道淬火热影响区分界线，其中4#试样有效淬硬深度为0.9mm，如图4所示，从基材至淬硬层表面的硬度值如表3所示。
图6 4#试样维氏硬度测试50X 表3 4#试样维氏硬度值
激光加热表面淬火简介： （1）定义：利用聚集后的激光束快速加热钢铁材料表面，使其发生相变形成马氏体淬硬层的热处理工改错为激光加热表 面淬火。 （2）特点：与普通热处理相比，它具有如下特点： ①加热速度极快，工件热变形极小。由于激光功率密度高，加 热速度可达1010℃/s，因而热影响区小，工件热变形小，劳动条件好。 ②其冷却速度很高，在工件有足够质量前提下，冷速可达1023℃ /s；不需冷却介质，靠热量由表向里的传导自动淬火。 ③由于激光束扫描（加热）面积很小，可十分精确地对形状复 杂的工件（如有盲孔、小孔、小槽、薄壁零件等）进行处理或局部处理，也可根据需要在同一零件的不同部位进行不同的处理。 ④能精确控制其加工条件，操作简单，可实现在线加工，也易 于与计算机连接，便于实现自动化生产。 ⑤不需要加热介质，有利于环境保护；工件经激光淬火后表面 硬度高（比普通淬火硬度值高15%~~20%）、疲劳强度高（表面具有4000Mpa以上的残余压应力）。 ⑥节省能源，并且工件表面清洁，处理后不需修磨，可作为工 件精机械加工的最后一道工序。 其不足之处在于：只能改变工件表面性能，但不能改善心部
性能；不能用于重负荷工件，也不适用于大型工件。 （3）原理：用于热处理的激光淬火装置主要是CO2气体激光器，它所发生的激光波长为10.6μm，此波长具有很好的大气透过率，很多物质对此波长的辐射线具有一定吸收率；它具有输出功率大（20~~100kW）、效率高（可达20%~~40%）、持续工件时间长等优点。 激光加热金属主要是通过光子同金属材料表面的电子和声子的能量交换，使处理层材料温度升高，在10-7~~10-9s之内就能使作用深度内达到局部热平衡，在金属材料表面形成的这层高温“热层”继而又作为内部金属的加热热源，并以热传导方式进行传热。 激光加热表面淬火就是以高能量激光作为能源以极快速度加热工件并自冷淬火的工艺。其实质就是利用激光产生的热量对工件表面进行处理的过程，它是一种新型的热处理工艺技术。 应当注意事项的是激光加热表面淬火效果与材料表面的反射率、密度和热导率等密切相关，由于所有金属都是10.6μm波长和CO2激光的良好反射体，反射率可高达70%~80%，对于反射率高的材料，激光能量不能被充分，所以激光淬火前要对金属表面施加吸光涂层（黑化处理）以增加吸收率。常用的黑化方法，主要有磷化、氧化等，或在金属表面涂覆一层可大师吸收激光的涂料（如碳素墨汁、胶体石墨、粉状金属氧化物、黑色丙烯酸、氨基屏光漆等）。 （3）工艺参数及应用：钢铁材料进行激光淬火的主要工艺参数
关于中频表面淬火工艺的技术报告 热处理是机械制造中热加工工艺的一种。它对保证机械产品的质量，延长使用寿命，有着重大的作用。钢的热处理就是利用钢在加热、保温和冷却作用下，其内部发生组织状态（晶体结构、组织形态）、物理状态（比容、残余内应力等）和化学成分分布的变化，而使工件具有预期的工艺性能、机械性能、物理性能和化学性能，以达到便于冷热加工，提高使用寿命，充分发挥材料潜力的目的。钢的热处理基本工艺包括退火、正火、淬火、回火和化学热处理等。根据在车间实习和工作情况，我将主要负责车间中频表面淬火工序的工艺编制。所以将重点放在中频表面淬火工序上。 一、感应加热原理及分类 中频加热是感应表面加热的一种。感应表面加热是利用导体（零件）在高频磁场作用下产生的感应电流（涡流损耗）以及导体内磁场的作用（磁滞损耗）引起导体自身发热而进行加热的。根据设备的频率不同分为：①高频加热，频率为100~500千赫。淬硬层深度为0.3~3㎜，加工工件最小直径为Φ28㎜；②中频加热，一般采用8000赫兹和2500赫兹二种，淬硬层深度：8000赫兹 1.3-5.5㎜，加工工件最小直径为Φ16㎜；2500赫兹 2.4-10㎜，加工工件最小直径为Φ28㎜；③工频加热，频率为50赫兹，淬硬层深度为17-70㎜，加工工件最小直径为Φ200㎜。目前，我车间使用的设备是中频立式淬火机床，频率为8000赫兹。而多年不用的高频淬火机床在车间搬、拆迁过程中已经拆除了。 二、感应加热表面淬火工艺及选择 感应加热工艺参数包括着热处理参数和电参数。热处理参数包括加热温度、加热时间、加热速度以及淬火层深度。电参数包括设备的频率、零件单位面积功率等。 感应加热淬火工艺中几个主要问题： 1、确定零件的技术要求 表面淬火零件的技术要求包括：表面硬度、淬火层深度及淬硬区分布、淬火层组织等。 ⑴.表面硬度：感应淬火后零件的表面硬度要求与材料的化学成分和使用的条件有关。 ⑵.淬火层深度：淬火层深度主要是根据零件的机械性能确定的。 ⑶.淬硬区分布：按零件的几何形状与工作条件的不同，各种表面淬火零件的硬化区部分和尺寸有不同的要求。 ⑷.金相组织：按零件的材料及工作条件，规定各格的等级范围。按评级标准进行金相评级。 2、加热温度的选择 感应加热速度快，与一般加热相比，必须选用较高的加热速度，适宜的加热温度是与钢材的化学成分、原始组织状态及加热速度等因素有关。我车间由于设备的限制，只能采取目测加热温度的方法。 3、设备频率的选择 频率的选择主要是根据淬火层深度和零件的尺寸大小来确定。当设备给定或选定以后，设备的频率就是一个不可调的参数。我车间的设备只有立式淬火机床一台，故工艺选择中不再考虑设备频率。 4、感应加热方法及工艺操作 感应加热方法基本分为两种： ⑴.同时加热法，这种加热法是被加热的表面同时共热升温，零件需要加热的整个部分都被感应器包围着。在大批量生产时，为充分发挥设备潜力，提高生产效率，只要设备输出功率足够的条件下，尽可能采用同时加热。 ⑵.连续加热法，零件表面的加热和冷却时连续不断进行的。连续加热生产率较低，但加
激光加工技术 摘要 激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料（包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一种加工新技术，涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科。由于激光加工热影响区域小，光束方向性好，几乎可以加工任何材料。常用来进行选择性加工，精密加工。由于激光加工的特殊特点，其发展前景广阔，目前已广泛应用于激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、切削加工，快速成形，激光钻孔和基板划片，半导体处理等。 关键词：原理、应用﹑新技术、精密加工、 引言 激光是本世纪的重大发明之一，具有巨大的技术潜力。专家们认为，现在是电子技术的全胜时期，其主角是计算机，下一代将是光技术时代，其主角是激光。激光因具有单色性、相干性和平行性三大特点，特别适用于材料加工。激光加工是激光应用最有发展前途的领域，国外已开发出20多种激光加工技术。激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，特别适用于自动化加工。激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。 激光加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等。用激光束对材料进行各种加工，如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。激光能适应任何材料的加工制造，尤其在一些有特殊精度和要求、特别场合和特种材料的加工制造方面起着无可替代的作用。
正文 1﹑激光加工技术的原理及其特点 1．1激光加工的起源 早期的激光加工由于功率较小，大多用于打小孔和微型焊接。到20世纪70年代，随着大功率二氧化碳激光器、高重复频率钇铝石榴石激光器的出现，以及对激光加工机理和工艺的深入研究，激光加工技术有了很大进展，使用范围随之扩大。数千瓦的激光加工机已用于各种材料的高速切割、深熔焊接和材料热处理等方面。各种专用的激光加工设备竞相出现，并与光电跟踪、计算机数字控制、工业机器人等技术相结合，大大提高了激光加工机的自动化水平和使用功能。 1.2激光加工的原理 激光加工是以激光为热源对工件进行热加工。 激光加工是将激光束照射到工件的表面，以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工可应用到不同层面和范围上。 从激光器输出的高强度激光经过透镜聚焦到工件上，其焦点处的功率密度高达107～1012瓦／厘米2，温度高达1万摄氏度以上，任何材料都会瞬时熔化、气化。激光加工就是利用这种光能的热效应对材料进行焊接、打孔和切割等加工的。通常用于加工的激光器主要是固体激光器（图1）和气体激光器（图2）。使用二氧化碳气体激光器切割时，一般在光束出口处装有喷嘴，用于喷吹氧、氮等辅助气体，以提高切割速度和切口质量。由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工可应用到不同层面和范围上。
淬火.退火.正火工艺 ◆表面淬火 ? 钢的表面淬火 有些零件在工件时在受扭转和弯曲等交变负荷、冲击负荷的作用下，它的表面层承受着比心部更高的应力。在受摩擦的场合，表面层还不断地被磨损，因此对一些零件表面层提出高强度、高硬度、高耐磨性和高疲劳极限等要求，只有表面强化才能满足上述要求。由于表面淬火具有变形小、生产率高等优点，因此在生产中应用极为广泛。 根据供热方式不同，表面淬火主要有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火等。 ? 感应加热表面淬火 感应加热就是利用电磁感应在工件内产生涡流而将工件进行加热。感应加热表面淬火与普通淬火比具有如下优点： 1.热源在工件表层，加热速度快，热效率高 2.工件因不是整体加热，变形小 3.工件加热时间短，表面氧化脱碳量少 4.工件表面硬度高，缺口敏感性小，冲击韧性、疲劳强度以及耐磨性等均有很大提高。有利于发挥材料地潜力，节约材料消耗，提高零件使用寿命 5.设备紧凑，使用方便，劳动条件好 6.便于机械化和自动化 7.不仅用在表面淬火还可用在穿透加热与化学热处理等。 ? 感应加热的基本原理 将工件放在感应器中，当感应器中通过交变电流时，在感应器周围产生与电流频率相同的交变磁场，在工件中相应地产生了感应电动势，在工件表面形成感应电流，即涡流。这种涡流在工件的电阻的作用下，电能转化为热能，使工件表面温度达到淬火加热温度，可实现表面淬火。 ? 感应表面淬火后的性能 1.表面硬度：经高、中频感应加热表面淬火的工件，其表面硬度往往比普通淬火高2～3 个单位（HRC）。 2.耐磨性：高频淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高。这主要是由于淬硬层马氏体晶粒细小，碳化物弥散度高，以及硬度比较高，表面的高的压应力等综合的结果。 3.疲劳强度：高、中频表面淬火使疲劳强度大为提高，缺口敏感性下降。对同样材料的工件，硬化层深度在一定范围内，随硬化层深度增加而疲劳强度增加，但硬化层深度过深时表层是压应力，因而硬化层深度增打疲劳强度反而下降，并使工件脆性增加。一般硬化层深δ＝（10～20）％D。较为合适，其中D。为工件的有效直径。 ◆退火工艺 退火是将金属和合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火后组织亚共析钢是铁素体加片状珠光体；共析钢或过共析钢则是粒状珠光体。总之退火组织是接近平衡状态的组织。 ? 退火的目的 ①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。 ②细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织准备。 ③消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。 1
激光淬火技术是利用聚焦后的激光束快速加热钢铁材料表面，使其发生相变，形成马氏体淬硬层的过程。 激光淬火前后工件的变形几乎可以忽略，因此特别适合高精度要求的零件表面处理。激光淬硬层的深度依照零件成分、尺寸与形状以及激光工艺参数的不同，一般在0.3~2.0mm 范围之间。对大型齿轮的齿面、大型轴类零件的轴颈进行淬火，表面粗糙度基本不变，不需要后续机械加工就可以满足实际工况的需求。 激光淬火现已成功地应用到冶金行业、机械行业、石油化工行业中易损件的表面强化，特别是在提高轧辊、导卫、齿轮、剪刃等易损件的使用寿命方面，效果显著，取得了很大的经济效益与社会效益，近年来在模具、齿轮等零部件表面强化方面也得到越来越广泛的应用。 一：激光淬火的特点 1．淬火零件不变形、激光淬火的热循环过程快、中碳钢、大型轴类； 2．几乎不破坏表面粗糙度、采用防氧化保护薄涂层、模具钢、各种模具； 3．激光淬火不开裂、精确定量的数控淬火、冷作模具钢、模具、刃具； 4．对局部、沟、槽淬火、定位精确的数控淬火、中碳合金钢、减振器；
5．激光、淬火清洁、高效、不需要水或油等冷却介质、铸铁材料、发动机汽缸； 6．淬火硬度比常规方法高、淬火层组织细密、强韧性好、高碳合金钢、大型轧辊。 二：激光淬火工业应用实例 激光淬火技术可对各种导轨、大型齿轮、轴颈、汽缸内壁、模具、减振器、摩擦轮、轧辊、滚轮零件进行表面强化。适用材料为中、高碳钢，铸铁。 南京中科煜宸激光技术有限公司专业从事激光增材制造装备(3D打印、激光修复)、智能激光焊接装备、自动化生产线、核心器件（工艺软件、送粉器、加工头）和金属粉末材料的研发与制造，感兴趣的用户可以咨询了解一下。
本设备是集光、机、电以及制冷和材料加工技术一体的大型集成设备，能对轴类、平面类、缸齿轮类、以及空间工模具类等产品进行激光淬火、激光熔覆、激光表面合金化加工，从而达到改善表面性能、提高工件的使用寿命、恢复工件的外型尺寸以重复使用等目的。 主要特点： 模块化设计，高度集成，具有良好的系统性能及很高的使用寿命；功能齐全，使用方便；激光加工精度高，效率稳定可靠；抗干扰能力强，动态响应速度快；造型美观，操作及维护简便。 激光热处理是一种表面热处理技术。即利用激光加热金属材料表面实现表面热处理。 激光加热具有极高的功率密度，即激光的照射区域的单位面积上集中极高的功率。由 于功率密度极高，工件传导散热无法及时将热量传走，结果使得工件被激光照射区迅 速升温到奥氏体化温度实现快速加热。当激光加热结束，因为快速加热时工件基体大 体积中仍保持较低的温度，被加热区域可以通过工件本身的热传导迅速冷却，从而实 现淬火等热处理效果。激光淬火效果：激光淬火层的硬度分布曲线激光淬火层的硬度 分布激光淬火技术可对各种导轨、大型齿轮、轴颈、汽缸内壁、模具、减振器、摩 擦轮、轧辊、滚轮零件进行表面强化。适用材料为中、高碳钢，铸铁。激光淬火的应 用实例：激光淬火强化的铸铁发动机汽缸，其硬度提高HB230提高到HB680，使用寿 命提高2~3倍。 ] 概念定义：利用激光进行加热的热处理工艺称作激光热处理,它是一种高能量密度表面热处理,具有超高 加热速度,其淬火硬化层的性质和状态与普通淬火有着显著的区别。 研究范围：激光热处理的研究分为不熔化表面热处理和熔化表面热处理两大类。不熔化表面热处理主 要包括激光表面相变硬化、激光冲击热处理和激光表面退火等;熔化表面热处理主要包括激光表面熔凝、激 光表面合金化和激光非晶态等。 (一) 发展过程 70年代初～80年代初 需求动力：70年代大功率CO2激光器的出现,推动了激光热处理的发展。 主要特点：该阶段的主要特点是:1.广泛开展激光表面相变硬化(即激光淬火)的研究和应用;2.开展激 光表面合金化的探索研究;3.受激光器功率的影响,激光热处理工艺的应用受到一定局限,未能迅速发展。 典型成果和产品：典型成果：激光热处理设备、激光表面相变硬化工艺的应用 80年代初～至今 需求动力：随着激光技术的发展,激光器功率的提高,激光热处理的优点日趋明显,从而推动激光热处 理的迅速发展。激光热处理作为一种很好的节能型热处理工艺也是其迅速发展的动力之一。 主要特点：该阶段的主要特点:1.激光热处理设备已商业化,正朝小型化、自动化和柔性化方向发展; 2.激光表面相变硬化处理工艺日趋成熟,广泛用于汽车、航空航天、武器等工业部门; 3.激光表面合金化工 艺因具有极大的经济效益,倍受各国的重视,研究工作进展较大,但仍处于基础工艺试验、组织分析和性能试 验的实验室研究阶段,尚未进入工业应用;4.开展了激光涂覆处理、激光表面熔凝、激光脉冲冲击强化处理 和激光渗氮处理等工艺的研究。 典型成果和产品：典型成果：激光表面相变硬化处理广泛用于军用部门和民用部门。 (二) 现有水平及发展趋势 激光热处理是70年代初首先在美国发展起来的金属表面强化新工艺。激光热处理具有加热和冷却速 度快、工件变形小、可进行局部热处理、工艺灵活性大、污染小和易实现自动化等优点。目前,国外应用较
激光光散射技术及其应用 Laser Light Scattering System Technology and Application BROOKHA VEN INSTRUMENTS CORPORATION (BEIJING OFFICE) 地址：北京市海淀区牡丹园北里甲1号中鑫嘉园东座A105室美国布鲁克海文公司公司北京技术服务中心 邮编：100083 电话：8610-62081909 传真：8610-6208189
激光光散射技术和应用 近年来，光电子和计算机技术的飞速发展使得激光光散射已经成为高分子体系和胶体科学研究中的一种常规的测试手段。现代的激光光散射包括静态和动态两个部分。在静态光散射中，通过测定平均散射光强的角度和浓度的依赖性，可以得到高聚物的重均分子量M w，均方根回旋半径R g和第二维利系数A2；在动态光散射中，利用快速数字相关器记录散射光强随时间的涨落，即时间相关函数，可得到散射光的特性弛豫时间τ，进而求得平动扩散系数D和与之对应的流体力学半径R h。在使用过程中，静态和动态光散射有机地结合可被用来研究高分子以及胶体粒子在溶液中的许多涉及到质量和流体力学体积变化的 过程，如聚集和分散、结晶和溶解、吸附和解吸、高分子链的伸展和卷缩以及蛋白质长链的折叠，并可得到许多独特的分子量参数。 一、光散射发展简史： Tynadall effect（1820-1893） 1869年，Tyndall研究了自然光通过溶胶颗粒时的散射，注意到散射光呈淡淡的蓝 色，并且发现如果入射光是偏振的，这散射光也是偏振的。Tyndall由此提出了19 世纪气象学的两大谜题：为什么天空是蓝色的？为什么来自天空的散射光是相当偏 振的？ James Clerk Maxwell (1833-1879) 解释了光是一种电磁波，并正确地计算出光的速度。 Lord Rayleigh(1842-1919) 1881年，Rayleigh应用Maxwell的电磁场理论推导出，在无吸收、无相互作用条件下，光学各向同性的小粒子的散射光强与波长的四次方成反比。并解释了蓝天是太阳光穿透大气层所产生的散射现象。 Abert Einstein(1879-1955) 研究了液体的光散射现象。 Chandrasekhara V.Raman (1888-1970) 1928年，印度籍科学家Raman提出了Raman 效应（也称拉曼散射），即光波在被散射后频率发生变化的现象。 Peter Debye（1884-1966） 延续了 Einstein的理论，描述了分子溶解于溶剂中所产生的光散射现象，提出用Debye plot 。1944 年，Debye利用散射光强测得稀溶液中高分子的重均分子量。 Peter Debye Lord Rayleigh Tyndall effect
某传动设备有限公司齿轮齿根激光淬火 技术方案 齿轮齿根激光淬火技术方案 一、待处理工件情况 某传动设备有限公司是一家研发、生产及维修机械及传动装置的公司，其公司现有两个内齿轮经过感应加热淬火处理，但齿根部分淬火程度不够，强度不够，需进行二次激光淬火进行性能强化，齿轮如下图所示：
二、淬火要求 1、对齿轮的齿根进行淬火，淬火不影响齿根以外的其它部位； 2、淬火深度在1mm左右； 三、激光淬火可行性分析 1、采用激光熔覆手段修复工艺可行性分析： 1）激光淬火能量密度集中，淬火深度大，总热输入量小，淬火后基本不会造成待修复件基体变形； 2）激光淬火相比传统方式，同样可以获得性能优良的淬火结果，下图是我司激光淬火处理后45钢轴类件的金相图片和硬度。未淬火的基材组织主要是有珠光体+铁素体，硬度较低，而淬火后的组织主要有马氏体和参与奥氏体组成，硬度有了很大提高。 从表1可以看出未淬火的45钢硬度为HV250左右，而经过激光淬火后，硬度提高到HV760左右。足以说明激光淬火的有效性。 图3-未淬火基材的金相组织图4-淬火后的金相组织 表1 45钢试样测试的硬度值
3 ） 我司拥有随行打磨机器人进行自动打磨，并与多家大型机加企业有长期合作关系， 可以满足该件的表面机加处理。 2、 我公司技术条件 1） 我公司团队在铁基、钴基、镍基等材料的激光熔覆中大量技术积累，并拥有多种成 熟的激光熔覆工艺，以及进行金属材料激光淬火的技术条件； 2） 我公司从低功率1KW 到高功率10KW 激光器熔覆系统共四套可以满足不同零件尺寸 的修复需求；成套的现场修复系统包括：激光器、高精度6轴工业机器人、送粉器、水冷机、控制软件系统、其它配件备件。经初步研究评估采用4KW 熔覆设备可以满足修复。
激光加工技术的应用研究 摘要：激光加工技术作为一门科学技术，广泛应用于许多工程领域。作为科学发展中出现的一种全新产物，该技术为国防军事、工业机械和农业商业等领域带来了诸多便利。科学技术的不断进步推动着施工质量在提高，激光技术也在不断改进。激光加工技术在工程机械制造中的应用是本文研究的重点，目的是与行业相关人员讨论如何更有效地提高机械产品的制造精度和质量。 关键词：激光加工；机械制造；应用 引言 日益提升的国民经济水平下，信息现代及激光技术也得到了进一步发展。激光技术凭借自身的多项优点，在军事、医学等相关领域之中得到了普遍认可。可以说，激光技术在各个行业之中都属于一项顶尖的技术，是各领域应用激光而产生的一系列技术，备受各国相关人员的重视。 1激光技术工作原理 激光具有单色波长、平行光束的性能特征。科学实验中，采用电管依托光或电流的能量撞击个别原子里含有易激发物质或晶体，原子所带电子在经历了撞击之后处于高能量状态，而高能量电子逐渐朝着平和低能量转化并完成之后，原子会有更大能量产生，进而有光子发出；该状态下，释放出来的光子会继续撞击原子，而原子在撞击下会有光子继续产生，重复撞击、释放这一循环过程，且是以同一运行方向进行的，会集中形成一束具有极强能量的该方向的光，即为激光原理。聚集之后形成的激光具有强大的能量，各类材质即可穿透。如红宝石激光输出脉冲尽管不具备能让冷水沸腾的能量，然而却能将5mm钢板穿透。而激光虽然具有一般的光能，但却具备极高的功率密度和强大的穿透力，是一般光束根本无法达成的，也正是因为激光的该优势，因此在各个行业领域之中得到了广泛地应用。 2激光加工概述 激光的全称是受激辐射光放大，如何从技术上实现数反转是激光产生的必要条件，当高能粒子与特定频率的光子发生入射时，高能级的粒子会有一定的概率跃至低能级。除此之外，粒子会辐射出与外光子频率、相位、偏振和传播方向相同的光子，上述过程就是受激辐射。受激辐射就意味着原始光信号会被放大，受激光辐射过程中衍生出的光被称为激光。激光的显著特点主要有：亮度极高、指向性强、色度比较单一、相干度较高等。随着工业技术近年来的技术改革逐步深入，激光切割、激光焊接、激光熔覆、激光材料制造等激光加工技术在制造业中扮演着越来越重要的角色。 2.1激光切割 激光切割是借助高能量密度的激光束对器件进行强光照射，目的是使照射温度迅速上升。物料气化后，蒸汽会在短时间内被迅速排出或熔化，而辅助气体会为液体的顺利排出提供一定的帮助，进而形成相应的狭缝。激光切割通常会被用于加工钢、铝合金、钛合金等常见金属材料，玻璃、陶瓷、塑料等非金属材料也是激光切割的切割对象。值得一提的是，激光切割是一种非接触加工工艺，切割过程中工件并不会出现机械变形，激光束不会对不受激光照射的工件产生影响，其热冲击面积小，工件的热变形校激光切割快速灵活，节省投资和生产成本。在汽车工业中，三维激光切割逐步取代冲切模和切边模成为生产车身板件的主要切割技术，相较于传统技术节省了大量的切割时间。在工程机械行业，日本以激光
激光表面表面处理技术及进展 摘要：激光具有巨大的技术潜力，在冶金和材料加工中发展迅速，应用广泛。激光表面处理由于其对工业和生产作出了巨大贡献，已成为飞速成长的重要加工技术领域。本文较系统地介绍了国内外激光表面处理技术的研究与应用近况，指出了这项技术今后需解决的问题。 关键字：激光；表面处理；进展 0 前言 激光的出现时近代物理学的一个重大进展。第一台激光器于60年代初问世，对激光表面热处理工艺的研究早在激光器诞生后不久就已经开始，但直到60年代末、70年代初才在热处理生产中获得应用。 激光在金属热处理方面取得成功，标志此技术的应用进人了新灼阶段。随着大功率激光器的研制成功与不断完善，这一新工艺用于汽车转向器表面处理的生产线[1]。国内经过“六五”计划的联合攻关，已在汽缸套等零部件的表面热处理上获得成功，取得了一批科研成果。随之而发展的表面涂覆(cladding)，表面上釉(Glazing)及表面合金化(SurfaeeAlloing)等工艺[2]也取得了相当大的进展。与上述工艺相比较，激光表面热处理是当前比较成熟、应用比较广泛的工艺。 1 激光表面处理技术的特点[3] 1)通过选择激光波长调节激光功率等手段，能灵活地对复杂 形状工件或工件局部部位实施非接触性急热、急冷。该技术易控制处理范围，热影响区小，工件产生的残余应力及变形很小。 2)可在大气、真空及各种气氛中处理，制约条件少，且不造成 化学污染。 3)通常，激光表面处理的改性效果比普通处理方法更显著 4)激光束能量集中，密度大，速度快，效率高，成本低。 5)可缩短工艺流程，处理过程中工件可以运动，故特别适合组织自动化处理线。 6)激光束便于通过导光系统准确地输人与定位，亦能导向多个工作台，可大大提高激光的使用率和处理的效率。 7)激光表面处理尤其适用于大批量处理生产线，其成本比传统的表面热处理低。 2 激光表面相变应化(LTH) 不论激光束是如户J产生的，激光束仅是一加热金属的热源，金属经激光热处理后，一般不出现异常的治全变化。相变硬化是一种儿乎无尺寸变化而能达到冶金相变的加工技术。利用激光束可以选择小面积加热和对需要部位硬化。实现激光相变硬化有三个基本条件仁:第一，金属硬化
激光技术及其在现代通讯技术中的应用 姓名：杨春有学号：20141060138 学院：信息学院专业：通信工程（国防） 摘要20世纪以来，激光是继原子能、计算机、半导体之后的又一重大科技发明。在有充分的理论准备和生产实践需要的背景下，激光技术应运而生。它一问世就获得了异乎寻常的快速发展。激光在现代通信领域有着广泛的应用。它在扩大通信容量，缓和通信频段拥挤，提高安全等方面都发挥着极为重要的作用。 关键词：激光通信技术现代通讯激光通信光子晶体能量衰减 引言 事实上，1916 年激光的原理被著名的物理学家爱因斯坦发现之后一直没有研制成功，原因在于科学实验所需要的器材没有现在发达，一直到1958 年激光才被首次成功制造。激光是计入20世纪，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，它的亮度非常之高，大约为太阳光的100亿倍。因此激光一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，也正是因为这个原因，历史悠久的光学科学和光学技术体会了新生的快乐，更重要的是导致整个一门新兴产业——激光产业——的诞生。 一激光通信的发展阶段 激光通信经历了大气通信和光波导（光纤）通信两个重要的发展阶段。CO2气体激光器是比较符合要求的早期通信用光源，其输出激光波长为10.6μm，在大气通行当中，信道传输的低损耗窗口要求的标准波长是10.6μm。早期的激光大气通信所用光源还包括YAG固体激光器、He-Ne气体激光器等等。其中的早期激光大气通信曾经掀起了全球性的研究浪潮，大量的人力、财力和物力在这个阶段投入了进去，对激光大气通信进行了广泛的研究开发。但是这项研究只有少数的经济和技术力量雄厚的发达国家才能够承担得起。光纤波导通信技术大约与激光大气通信技术的研究工作同步展开，从而在技术上形成了激光无线通信和激光有线通信两种通信方式，这两种通信技术与传统通信技术大不相同。 腔面发射激光器（VCSEL）列阵光接受发射模块的处理能力不仅速度高而且容量特别大。微电子电路的多功能的逻辑控制、具有高强度并行操作功能的电子集成器件的优越性、光本身的高速传输能力、超高规模集成技术的优越性在垂直腔面发射激光器（VCSEL）列阵光接受发射模块当中得到了完美的体现。现代通信技术研究中，在激光通信领域，最引人瞩目的就要属垂直腔面发射激光器(VCSEL)了。包括制造成本很低、易
激光表面淬火的应用领域 激光表面淬火技术原理 激光淬火，也称激光热处理、激光硬化，即利用聚焦后的激光束快速加热金属材料表面，使其发生相变，形成马氏体淬硬层的一种高新技术，分为激光相变硬化、激光熔凝硬化和激光冲击硬化三种工艺方法。 技术特点 1.激光淬火马氏体晶粒更细、位错密度更高，硬度更高，耐磨性更好。 2.变形极小，甚至无变形，适合于高精度零件处理，部分场合可作为材科和零件的最后处理工序。 3.无需回火，淬火表面得到压应力，不易产生裂纹。 4.如工柔牲好，适用面广，可方便地处理大尺寸工件和沟、槽、深孔、内孔、盲孔等局部区域。 5可根据需要调整硬化层深浅。 6.硬度梯度非常小，硬度基本不随激光硬化层深变化而变化。 7.适合的材料广泛，包括各种中高碳钢、工具钢、模具钢以及铸铁材料等。 8.加工过程自动化控制，工期短，质量稳定。 9.低碳环保，无需冷却介质，无废气废水排放。 技术参数 适合材质：各类中高碳钢、铸铁 淬火硬度：一般可比感应淬火高1-5HRC 淬火深度：0.1-1.2mm 应用领域 激光淬火技术解决了许多常规热处理工艺无法解决的难题，已大量应用于冶金、汽车、模具、五金、轻工、机械制造等行业。适合各类型零件的热处理： 1.难以进入热处理炉的大型工件。 2.仅需对沟、槽、孔、边、刃口等局部表面进行热处理的工件。 3.常规热处理工艺难以处理到的部位。 4.对热处理变形量要求高的精密零件。 5.铸铁工件表面的热处理。 6.常规热处理工艺易产生裂纹的零件。 7.常规热处理工艺达不到硬度要求的零件。 模具钢激光淬火技术及应用 模具钢激光淬火技术，是利用聚焦后的激光束快速加热钢铁材料表面，使其发生相变，形成马氏体淬硬层的过程。模具钢激光淬火的功率密度高，冷却速度快，不需要水或油等冷却介质，是清洁、快速的淬火工艺。与感应淬火、火焰淬火、渗碳淬火工艺相比，激光淬火淬硬层均匀，硬度高（一般比感应淬火高1-3HRC），工件变形小，加热层深度和加热轨迹
激光加工技术及其应用 概述: 激光加工(Laser Beam Machining,简称LBM是指利用能量密度非常高的激光束对工件进行加工的过程。激光几乎能加工所有材料,例如,塑料、陶瓷、玻璃、金属、半导体材料、复合材料及生物、医用材料等。 在1960年12月,出生于伊朗的美国科学家贾万率人终于成功地制造并运转了全世界第一台气体激光器——氦氖激光器。1962年,有三组科学家几乎同时发明了半导体激光器。1966年,科学家们又研制成了波长可在一段范围内连续调节的有机染料激光器。此外,还有输出能量大、功率高,而且不依赖电网的化学激光器等纷纷问世。 与传统加工技术相比,激光加工技术有以下特点 (1激光功率密度大,工件吸收激光后温度迅速升高而熔化或汽化,即使熔点高、硬度大和质脆的材料(如陶瓷、金刚石等也可用激光加工; (2、激光头与工件不接触,不存在加工工具磨损问题; (3、工件不受应力,不易污染; (4、可以对运动的工件或密封在玻璃壳内的材料加工; (5、激光束的发散角可小于1毫弧,光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒,同时,大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至十千瓦量级,因而激光既适于精密微细加工,又适于大型材料加工; (6、激光束容易控制,易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合,实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度; (7、在恶劣环境或其他人难以接近的地方,可用机器人进行激光加工。
2.基本原理 激光被广泛应用是因为它具有的单色波长、同调性和平行光束等3大特性。科学家在电管中以光或电流的能量来撞击某些晶体或原子易受激发的物质,使其原子的电子达到受激发的高能量状态。当这些电子要回复到平静的低能量状态时,原子就会射出光子,以放出多余的能量。这些被放出的光子又会撞击其它原子,激发更多的原子产生光子,引发一连串的连锁反应,并且都朝同一个方前进,进而形成集中的朝向某一方向的强烈光束。由此可见,激光几乎是一种单色光波,频率范围极窄,又可在一个狭小的方向内集中高能量,所以利用聚焦后的激光束可以穿透各种材料。以红宝石激光器为例,它输出脉冲的总能量不够煮熟一个鸡蛋,但却能在 3mm的钢板上钻出一个小孔。激光拥有上述特性,并不是因为它有与别不同的光能,而是它的功率密度十分高,这就是激光能够被广泛应用的主要原因。激光加工技术先进性激光的上述特性给激光加工带来一些其它加工方法所不具备的优势。由于激光加工是无接触加工,对工件无直接冲击,所以无机械变形。激光加工过程中无刀具磨损,无切削力作用于工件;激光束能量密度高,加工速度快,并且是局部加工,对非激光照射部位没有影响或影响极小,因此受其热影响的工件热变形小,后续加工量少。激光束易于导向、聚焦,能够便捷地实现方向变换,使其极易与数控系统配合,对复杂的工件进行加工。因此,它是一种极为灵活的加工方法,具备生产效率高、加工质量稳定可靠、经济效益和社会效益好等优点。激光加工作为先进制造技术已广泛应用于航空、汽车、机械制造等国民经济重要部门,在提高产品质量、劳动生产率、自动化、降低污染和减少材料消耗等方面起到重要的作用。激光切割激光切割一直是激光加工领域中最为活跃一项技术,它是利用激光束聚焦形成高功率密度的光斑,将材料快速加热至汽化温度,再用喷射气体吹化,以此分割材料。脉冲激光适用于金属材料,连续激光适用于非金属材料,通过与计算机控制的自动设备结合,使激光束具有无限的仿形切割能力,切割轨迹修改十分方便。激光切割技术的出现使人类可以切割一些硬度极高的物质,包括硬质合金,甚至金刚石。高科技已经让“削铁如泥”的传说变成了现实。激光切割技术是激光加工技术应用的重要方面之一,广泛应用于金属和非金属材料的加工中,可大大减少加工时间,降低加工成本,提高工件质
激光对射技术原理及应用分析 近年来周界防范系统已经成为安防系统基本且不可或缺的安防子系统。 不仅在军工厂、军营、机场、港口、政府机关等高端领域可见其“踪影”。 同时还被广泛应用到住宅小区,并在这些领域保持着相当高的应用增长速度。 众所周知,安全防范技术现在的发展方向是将视频监控、周界报警、入侵探测、门禁控制等独立的安防子系统集成整合,形成一个多功能、全天候、动态的综合安全管理系统。 而周界报警作为安防系统的第一道防线,作用十分重要,已从过去被动的报警探测,发展为今天的威慑阻挡加报警。 且随着安防技术的发展和安防市场的成熟,以及政策法规的进一步完善,数字化、集成化、网络化将是它发展的必然趋势。 周界报警系统是在防护的边界利用如泄漏、激光、电子围栏等技术形成一道或可见或不可见的“防护墙”。 当有越墙行为发生时,相应防区的探测器即会发出报警信号,并送至控制中心的报警控制主机,发出声光警示的同时显示报警位置。 还可联动周界模拟电子屏,甚至联动摄像监控系统、门禁系统、强电照明系统等。 近年来周界防范系统已经成为安防系统基本且不可或缺的安防子系统,不仅在军工厂、军营、机场、港口、政府机关等高端领域可见其 “踪影”,同时还被广泛应用到住宅小区,并在这些领域保持着相当高的应用增长速度。
本文将对激光对射、张力式电子围栏、泄漏电缆、振动电缆四种最常用的周界防范技术进行分析,借此一窥周界防范报警系统技术的发展踪迹。 激光对射工作原理 三安古德激光对射探测器由收、发两部分组成。 激光发射器向安装在几米甚至于几百米远的接收器发射激光线,其射束有单束、双束,甚至多束。 当相应的三安古德激光射束被遮断时,接收器即发出报警信号。 接收器由光学透镜、激光光电管、放大整形电路、功率驱动器及执行机构等组成。 其工作原理是接收器能收到激光射束为正常状态,而当发生入侵时,发射器发射的激光射束被遮挡,即光电管接收不到激光光。 从而输出相应的报警电信号,并经整形放大后输出开关量报警信号。该报警信号可被报警控制器接收,并去联动执行机构启动其它的报警设备,如声光报警器、模拟电子地图、电视监控系统、照明系统等。系统组成 激光周界防越报警系统通常由前端探测系统、现场报警系统、传输系统、中心控制系统、联动系统以及电源系统六部分组成。 1、前端探测系统由激光探测器及其相关附件组成,其对周界围墙或护栏进行防护,检测周界入侵行为,并输出报警信号。 2、现场报警系统由现场报警器及联动装置组成,在探测器检测到入侵行为时,即启动现场报警设备,对非法入侵行为进行威慑。
一、概述 激光淬火技术及应用激光淬火技术，是利用聚焦后的激光束快速加热钢铁材料表面，使其发生相变，形成马氏体淬硬层的过程。激光淬火的功率密度高，冷却速度快，不需要水或油等冷却介质，是清洁、快速的淬火工艺。与感应淬火、火焰淬火、渗碳淬火工艺相比，激光淬火淬硬层均匀，硬度高（一般比感应淬火高1-3HRC），工件变形小，加热层深度和加热轨迹容易控制，易于实现自动化，不需要象感应淬火那样根据不同的零件尺寸设计相应的感应线圈，对大型零件的加工也无须受到渗碳淬火等化学热处理时炉膛尺寸的限制，因此在很多工业领域中正逐步取代感应淬火和化学热处理等传统工艺。尤其重要的是激光淬火前后工件的变形几乎可以忽略，因此特别适合高精度要求的零件表面处理。激光淬硬层的深度依照零件成分、尺寸与形状以及激光工艺参数的不同，一般在0.3~2.0mm范围之间。对大型齿轮的齿面、大型轴类零件的轴颈进行淬火，表面粗糙度基本不变，不需要后续机械加工就可以满足实际工况的需求。激光熔凝淬火技术是利用激光束将基材表面加热到熔化温度以上,由于基材内部导热冷却而使熔化层表面快速冷却并凝固结晶的工艺过程。获得的熔凝淬火组织非常致密，沿深度方向的组织依次为熔化-凝固层、相变硬化层、热影响区和基材。激光熔凝层比激光淬火层的硬化深度更深、硬度要高，耐磨性也更好。该技术的不足之处在于工件表面的粗糙度受到一定程度的破坏，一般需要后续机械加工才能恢复。为了降低激光熔凝处理后零件表面的粗糙度，减少后续加工量，华中科技大学配制了专门的激光熔凝淬火涂料，可以大幅度降低熔凝层的表面粗糙度。现在进行激光熔凝处理的冶金行业各种材料的轧辊、导卫等工件，其表面粗糙度已经接近激光淬火的水平。激光淬火现已成功地应用到冶金行业、机械行业、石油化工行业中易损件的表面强化，特别是在提高轧辊、导卫、齿轮、剪刃等易损件的使用寿命方面，效果显著，取得了很大的经济效益与社会效益。近年来在模具、齿轮等零部件表面强化方面也得到越来越广泛的应用 二、激光淬火的特点 质量优势技术特质适用材料实际应用 1．淬火零件不变形激光淬火的热循环过程快中碳钢大型轴类 2．几乎不破坏表面粗糙度采用防氧化保护薄涂层模具钢各种模具3．激光淬火不开裂精确定量的数控淬火冷作模具钢模具、刃具 4．对局部、沟、槽淬火定位精确的数控淬火中碳合金钢减振器 5．激光淬火清洁、高效不需冷却介质铸铁材料发动机汽缸6．淬火硬度比常规方法高淬火层组织细密、强韧性好高碳合金钢大型轧辊 三、组成部分 ● 激光器
浅谈激光加工技术的发展及应用 浅谈激光加工技术的发展及应用 【摘要】因为激光的加工技术的优点是生产的效率极高、加工的质量极好、适用的范围很广等，所以越来愈多的人希望在很多的领域中使用激光加工技术。本文介绍其相关的理论，重点论述其发展和应用。 【关键词】激光加工技术相关理论发展应用 一、前言 近年来重大的发明之一是激光技术。随着社会经济的快速发展，把激光器当成基础的激光加工的技术得到了快速发展。目前其正在被广泛应用在生产、通讯、医疗、军事及科研等多种领域。并且在这些领域都取得了非常好的经济与社会的效益，是我国未来经济的发展的关键。 二、激光加工技术相关理论 笔者认为，了解与应用激光加工技术需要对其相关理论深入的研究。以下笔者从其原理和特点来介绍激光加工技术。 （一）原理 激光加工能够获得极高的能量密度与极高的温度是因为采用的光学系统能够让激光聚焦成为一个非常小的光斑，在这样的高温下，每种坚硬的材料都会被瞬间熔化与气化，然后熔化物被气化而产生的蒸汽压力推动，以很高的速度喷射出来，从而实现了对工件加工的特种加工方法。 （二）特点 激光加工的技术对于加工工具与特殊环境没有要求，不会造成工具的磨损，易于使用自动控制来进行连续加工，且加工效率极高；同时激光的强度极高，聚焦后差不多能够熔化和气化全部的材料，所以能够加工所有硬度的金属与非金属的材料；加上激光加工是属于非接触的加工，及加工速度非常的快，工件没有受力与受热而产生变形；其还能聚焦成为极小的光斑（微米级），能够调节输出的功率，所以
可进行精密且细微的加工。这些均是激光加工优点。但由于其设备的投资比较大，及操作和维护技术要求比较高；且在精微加工的时候，重复的精度与表面的粗糙度难以保证等。这些缺点尽管在一定的程度上缩小了其应用规模，也限制了其发展，但是由于进一步的研究，越来越成熟的技术，激光加工技术有着非常广阔的发展前景。 三、激光加工技术的发展及应用 近年来，由于激光加工技术的快速发展，其被应用于许多的领域。以下是笔者从激光器与激光加工技术领域来介绍激光加工技术的发展，同时介绍目前激光加工技术的具体应用。 （一）激光加工技术的发展 了解激光加工技术的发展，就要研究激光器以及其应用的领域的变化。只有这样才能从根本上了解其发展。 迅速发展的激光器。我国研制出的第一台激光器是在1961年。通过几十年的努力，我国的激光器技术快速的发展起来了，从固体的激光器到气体的激光器，再到如今光纤的激光器、半导体的激光器与飞秒的激光器。光纤的激光器与传统激光器来比较，其优势是功率输出大，光束的质量较好，转换的效率较高，良好的柔性传输等。其在使用激光加工技术加工材料中有着极大的吸引力。现在应用于使用激光来打标、切割以及焊接。而飞秒的激光器则能够使超精微的加工可以实现。其在高技术的领域如微电子、光子学等应用的前景极宽广。同时半导体的激光器正在被直接用在焊接、热处理等方面。总之激光器的迅速发展导致了激光加工技术的快速发展。 广泛的应用领域。激光加工是在机械加工、力加工、火焰加工与电加工之后新产生的一种的加工技术，是借助激光束和物质相互作用的特性，对材料进行切割、焊接、表面处理、打孔以及微加工的综合性技术。激光焊接广泛应用在汽车的零件、密封的器件等多种要求焊接无污染与无变形的器件。激光切割主要应用在汽车的行业、航天的工业等领域。而激光打孔则应用在汽车的制造、化工等产业。广泛的应用领域也使得激光加工技术快速发展。 （二）激光加工技术的应用 激光加工技术在我国的许多领域里占据着重要的位置，以下是笔
嘉兴市科技计划项目 激光表面淬火关键技术与装备研发 项目可行性报告 嘉兴学院机电工程学院 嘉兴市浙江数控焊机有限公司 2009年3月
一、立项的背景和意义 自20世纪60 年代激光问世以来，激光技术作为一门举世瞩目的高新技术，几乎在各行业都获得了重要的应用。近年来，激光表面处理技术不仅在研究和开发方面迅速发展，而且在工业应用方面也取得了长足的进步，成为表面工程一个十分活跃的新兴领域。激光表面处理既可以通过激光淬火、表面熔凝改变基体表层材料的微观结构，也可以通过激光熔覆、气相沉淀和合金化等处理方法同时改变基体表层的化学成份和微观结构。激光表面淬火比其它激光加工所需的功率密度小的多, 因此在利用激光技术进行材料加工中，激光表面淬火应用最多，它能显著提高金属表面的硬度及耐腐性。然而目前激光表面淬火技术的应用还不如传统热处理技术那样广泛和成熟，但由于其具有的独特优越性，正日益受到人们的重视。已经在机械制造、交通运输、石油、矿山、纺织、冶金、航空航天等许多领域得到应用和发展。 激光表面淬火是利用激光在要热处理的部分扫描，使被扫描区域快速升温，而未被扫描区域保持常温。激光表面淬火的原理和普通热处理是相同的，只不过激光作为热源加热金属的时间很短，处理区域也很小。激光对金属进行热处理时，金属表面温度和热穿透深度都和激光照射时间的平方成比例。所以适当地调节激光光斑尺寸、扫描速度和激光功率，就可以对金属表面温度和热穿透深度进行控制。采用激光表面淬火的工件的变形量极小（变形量为高频淬火的1/3～1/10），表面光洁度好，无氧化皮产生。因此，可以减少后道工序（矫正或磨制）的工作量，降低工件的制造成本。激光表面淬火后可获得极细的马氏体晶粒，硬度要比常规淬火后的硬度提高15%-20%，硬化层深度可达2mm，而工件心部仍保持原始组织。所以经激光表面淬火处理的工件表面层硬度高，耐磨性好，心部硬度低，韧性好，疲劳强度一般可提高30%～50%。由于金属散热快，激光束扫描后，扫描区域可自行迅速冷却淬火，无需淬火液，是一种清洁卫生的热处理方法而且便于用同一激光加工系统实现同时加工。因此可直接将激光表面淬火工序安排在生产线上，以实现自动化生产。又由于激光表面淬火处理是不接触加热, 所以工件表面不会发生表面沾污。此外, 因为采用特制的透镜聚焦, 激光的焦深很长, 所以工件在激光焦点上下各50～75mm范围内所吸 收的光能是基本相同的, 这对于处理表面凸凹不平的工件是非常有利的。 虽然，目前激光热处理在热处理行业的总产值中所占份额还不大，但是应用前景光明。许多研究成果和应用实例[1-3]，都说明采用激光表面热处理技术可以解决某些其它热处理方法难以实现的技术目标。例如细长钢管内壁表面硬化，成型精密刃具刃部超高硬化，模具合缝线强化，缸体和缸套内壁表而硬化等等。采用激光表面热处理的经济效益显著优于传统热处理，例如汽车转向器壳体的激光相变硬化和锯齿激光相变硬化等。因此，激光表面热处理的研究、开发和应用都处于上升阶段。 激光加工技术一直是国家重点支持和推动应用的一项高新技术，特别是政府强调要振兴制造业，这就给激光加工技术应用带来发展机遇。在国家制定中长远期发展规划时，又