激光加工技术在冶金行业的应用
激光加工在现代产品中的应用
激光加工在现代产品中的应用一、激光加工的原理及其特点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将高能量密度的激光束照射到工件的表面，导致光斑处的材料瞬间熔化、汽化、膨胀，使熔融物爆炸式地喷射出来，高速喷射产生的反冲压力又在工件内部形成一个方向性很强的冲击波。
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）。
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。
1.3激光加工的特点激光具有的宝贵特性决定了激光在加工领域存在的优势：1）能量密度高，应用广泛。
激光加工几乎能加工所有的材料，如各种金属材料、陶瓷、石英、金刚石等，反射率或透射率高的工件进行打毛或色化处理后，仍可加工。
2）加攻速快，效率高，可控性好，容易实现自动化。
3）能透过空气、惰性气体或透明物体对工件进行加工。
因此，可通过由玻璃等制成的窗口对被封闭零件进行加工，在真空环境下也可以加工。
4）激光光斑大小可以聚焦到微米级，输出功率可调节，因此可用于精密微细加工。
5）激光加工过程中无“刀具”磨损，无“切削力”作用于工件。
6）由于激光束易于导向、聚集实现作各方向变换，极易与数控系统配合，对复杂工件进行加工，因此是一种极为灵活的加工方法。
7）使用激光加工，生产效率高，质量可靠，经济效益好。
激光技术在金属材料加工工艺中的应用探析
前各 国应 用最 多 的激 光加 工 技 术 ， 在 国外 许 多领 域 ， 例如 ； 汽 车制 造 业 和机床制造业都采用激光切割进行钣金零部件的加工。 激光可切 割 的材 料 很 多 ， 包 括 有 机玻 璃 、 木板 、 塑料等非金属板材 ， 以 及 不 锈 钢、 碳钢 、 合金钢 、 铝 板 等 多 种 金属 材 料 。激 光 切 割 无 需 刀具 和模 具 在计算机控制下 ， 可 直 接实 现二 维 、 三 维 上 任 意形 状 的 板 类 和 期Ｉ 科 技创 新与 应 用
激光技术在金属材料加工工艺中的应用探析
田 延 龙
（ 哈 尔滨 东安发动机 （ 集 团） 有限公 司， 黑龙 江 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ６ ６ ）
摘 要： 激 光技 术的 研 究和 推 广应 用的 水 平是 标 志 一个 国 家现 代 化 程度 的 高级技 术之 一 。激 光 加 工技 术 是 利 用激 光 束 与 物质 相
关键 词 ： 激 光技 术 ； 工艺； 加 工
激光 加 工 是一 种 新 兴 的先 进 制 造 技术 ， 具有 自己 的特 色 与规 律 ， 经 过 多年 的积 淀形 成 了激 光 加 工理 论 和 各 种激 光 加 工工 艺 参数 。 随 着世 界 科 技 与 经 济发 展 的 需要 ， 激 光技 术 有 了迅 速发 展 。激 光 与普 通 光 相 比具 有单 色性 、 相 干性 、 方 向性 和 高光 强 。 同样 激光 加 工 设备 也 涉及 到 众 多学 科 因而决 定 了 它 的高 科 技性 和 高 收益 率 。 纵 观 国 际 和 国 内激 光 应用 场 情 况 经 过多 年 来 的研 究 开 发 和 完 善 ， 当代 的激 光 器 和激 光 加 工技 术 与 设备 已相 当成 熟 形 成 系列 激 光加 工 工艺 。 １激 光技 术 优 势分 析
金属加工技术有色金属加工的最新技术和方法
金属加工技术有色金属加工的最新技术和方法金属加工技术一直以来都是制造业中的重要环节，而在金属加工领域中，有色金属加工是一项关键的工艺。
本文将介绍有关有色金属加工的最新技术和方法，以帮助读者了解这一发展迅速的行业。
一、传统的有色金属加工技术在了解有色金属加工的最新技术之前，首先需要了解传统的有色金属加工技术。
传统的有色金属加工技术包括铸造、锻造、压力加工、焊接等方法。
这些方法在金属加工领域中已经有了长期的应用，并取得了一定的成果。
然而，随着科学技术的不断进步，有色金属加工领域也迎来了许多新的技术和方法。
二、智能化技术在有色金属加工中的应用随着人工智能和大数据技术的不断发展，智能化技术在金属加工中的应用也越来越普遍。
在有色金属加工领域，智能化技术可以提高生产效率、减少人力成本，并且能够有效地监测和控制整个加工过程。
例如，智能化的数控机床可以根据预设的参数自动调整工艺参数，并及时修正加工误差；智能化的机器人可以精确地进行有色金属零件的组装和加工。
智能化技术的应用不仅简化了生产流程，提高了产品质量，还为有色金属加工带来了更多的可能性。
三、激光加工技术的发展激光加工技术作为一种非常先进的加工技术，也在有色金属加工中得到了广泛应用。
由于激光具有高浓度、高能量、高方向性等特点，因此可以用于有色金属的切割、打孔、焊接等加工过程。
与传统的加工方法相比，激光加工技术具有加工速度快、加工质量高、可接受较小的热影响区等优势。
此外，随着激光技术的不断创新，激光加工设备也逐渐趋于智能化和便携化，为有色金属加工提供了更多的选择。
四、模拟仿真技术的应用模拟仿真技术是指利用计算机模型和数值分析方法对工艺过程进行模拟和分析的技术。
在有色金属加工中，模拟仿真技术可以用于预测加工过程中的变形、应力分布、温度变化等情况，从而帮助工程师更好地优化加工工艺和工艺参数。
通过模拟仿真技术，可以减少试错次数，提高生产效率，降低生产成本，并且为设计和制造提供可靠的依据。
应用高功率激光加工技术减少备件消耗
１ 激光加工技术 的特点
由于激光具有“ 四高” 特性 ， 因此激光加工技术 具有其 它 加 工 方 法 所 不 可 比 拟 的 显 著 特 点 ， 要 主
有：
好的韧性 ， 使零部件 的机械性 能具有耐磨性好 、 冲 击韧性高、 疲劳强度高的特点。运用激光表面改性 技术 可 以大幅 度提 高零 部 件质 量 ， 倍延 长使 用 寿 成 命， 已广泛应用于冶金、 汽车 、 军工 、 船舶 、 化、 石 模
（） ６生产效率高 ， 加工质量稳定可靠 ， 经济与社
会 效益好 。
２ 高功率激光加工 技术及其应用 范 围
高功率激光是指激光器输出功率在 ２Ｗ 以上 ｋ
收稿 日期 ；０７—０ ９ ２０ ３—２ 作者简介 ： 邢卫军 （９ ５ ， ， １５ 一） 男 马钢集团公司产业发展部 ， 经济 师。
Ｖｏ ． ７． ． １ １ Ｎ０ ２
Ａｐ ．２ Ｏ ｒ ０７
应 用 高 功 率 激 光 加 工 技 术 减 少 备 件 消 耗
邢 卫 军
（ 钢 集 团 公 司产 业 发 展 部 马 安 徽 马鞍 山 ２ ３０ ） ４０３
摘 要 ： 建设节约型社会应从方方面面、 点点滴滴 做起， 全社会各行各业都要重视， 钢铁工业理应率先。应用高功率激光
争 力 的重要 手段 。
２ １ 激 光 表面 改 性技 术 ．
主 要 指激 光 淬 火 、 光熔 凝 、 光 表 面 合 金 化 激 激 等 。该 技术 主要 用于强 化 零部 件 的表 面 ， 高金 属 提 材料 及 零 部件 的 表 面 硬 度 、 磨 性 、 蚀 性 以及 强 耐 耐 度 和改 善 高温性 能 ； 同时可 使零 部件 心 部仍保 持 较
激光毛化工艺的应用
激毛化工艺的应用光由于激光毛化技术的特殊性，其对轧辊、冷轧生产、冷轧成品均产生其他毛化方法无法替代的积极的影响。
１.激光毛化工艺可显著提高轧辊使用寿命分析毛化加工原理和轧制工艺，可容易理解激光毛化轧辊使用寿命的提高主要是通过以下三个途径实现的。
(1)表面改性与细晶强化作用激光毛化时，辊面作用区材料由于熔凝速度非常快（加热速度可达l06～109℃/s，冷却速度≥105℃/s，远高于水淬），可以形成超细晶(深亚微米至纳米级)甚至非晶组织，其硬度可超过HV900（HRC67)，远高于常规淬火所能达到的程度，高硬度的表面组织有利于提高辊面的耐磨损能力。
(2)毛化形貌的耐磨作用激光毛化后，辊面形貌发生变化，毛化加工形成的微坑和凸包均布于辊面。
这种辊面形貌既有利于改善轧制时辊与板间的摩擦状态，又有利于保持良好的润滑条件。
均匀分布的微坑还可以起到收集磨粒、防止它们磨损轧辊和擦伤板面的作用。
(3)表面应力松驰的韧化作用为了提高其使用寿命，通常要对冷轧工作辊进行表面淬火处理。
要求的硬度愈高，由马氏体相变导致的体积膨胀效果愈严重，产生的残余压应力也愈大。
压应力过大，容易导致辊面爆裂，反而危害轧辊的使用，因而是有害的。
用激光方法毛化这种轧辊，其表层激光辐照区域的材料由于熔凝时的热胀冷缩作用会产生残余拉应力。
X 光应力测定结果表明，当激光辐照区域(微坑)的密度达到一定程度时，这种均匀分布的拉应力确实可以有效地松弛轧辊表层中原有的强残余压应力，从而使轧辊表面得到韧化。
激光毛化辊所轧制钢带表面粗糙度Ra的变化情况为，轧制初期（约为轧制量的15%），表面粗糙度下降较快，以后趋缓，这主要与激光毛化辊表面形貌有关。
在激光毛化辊初用阶段，凸起部分的尖峰钝化得较快，在使用一段时间以后，凸起部分比较钝，相应激光毛化辊的磨损量减小。
而凸起部分尖峰高度以及凸坑形状等都可以通过改变毛化工艺加以控制，因而在使用激光毛化辊时，不会因粗糙度值变化过大而使轧制条件发生较大改变。
激光增材制造及其工业应用PPT课件
装机应用，并制造出了迄今 世界尺寸最大的飞机钛合金大
型结构件激光快速成 形工程化成套设备2013年其团队成功 成形出歼－31战机“眼镜式”钛合金主承力构件加强框， 标志着 我国高性能钛合金增材制造技术进入世界的领先地
位。
Ｆ－ 18E/F翼根吊环
钛合金主承力构件加强框
缺点
（1）成形件内部存在气孔，气孔形貌呈规则球形或类球形，分布具有随机性; （2）成形件内部存在熔合不良和开裂 ，熔合不良缺陷形貌不规则，多分布在熔覆层间或道间。
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技术应用
激光增材制造高性能钛合金 在航空航天领域的研究进展
高性能钛合金增材制造技术在航空航天领域的 应用最早始
于美国 AeroMet公司，它是世界上第一 家掌握钛合金结构 件激光增材制造并成功实现装机 应用的企业。 AeroMet公 司在美国军方的资助下， 同波音、洛克希德马丁公司等军
航空发动机单叶轮零部件 航空发动机多层复合整体叶轮
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写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
成形的加工方法。 但传统的加工方法往往工序多、工模具成本高、
从设计到零件制造周期 长，且对具有复杂内腔结构的零件往往无
传
能为力，难以满足新产品的快速 响应制造需求。20世纪90年代以
统
来， 随着激光技术、计算机技术、CAD/ CAM 技术以及机械工程
铸
技术的发 展，金属零件激光增材制造技术在激光熔覆技术和快速
激光技术在冶金行业的应用
激光技术在冶金行业的应用引言冶金行业是指利用金属、非金属和合金等材料进行加工和熔炼的领域。
随着科技的不断发展，激光技术作为一项新兴的加工技术，逐渐在冶金行业中得到了广泛的应用。
本文将介绍激光技术在冶金行业中的应用，并探讨其优势和挑战。
1. 激光切割技术激光切割技术利用高能激光束将金属材料进行切割。
相比传统的切割方法，激光切割具有精度高、效率高和无损伤等优势。
在冶金行业中，激光切割技术广泛应用于金属板材的加工中，如剪切、切割和定型等。
激光切割技术的工作原理是通过将高能量的激光束聚焦在金属表面，使其局部区域加热并熔化，然后通过气体喷射将熔化的金属吹散。
由于激光束具有高聚焦性和高能量密度，激光切割可以在短时间内完成对金属材料的高精度切割，同时可以减少材料的损伤和变形。
2. 激光焊接技术激光焊接技术是利用激光束将金属材料的表面加热至熔点，使其熔化并与其他材料进行连接的技术。
在冶金行业中，激光焊接技术被广泛应用于金属材料的连接和修复中，如焊接管道、焊接接头和焊接构件等。
激光焊接技术具有热影响区小、焊缝质量高和焊接速度快等优势。
由于激光束具有高能量密度和高聚焦性，激光焊接可以在短时间内完成金属材料的焊接，并且可以减少热影响对材料的损伤。
然而，激光焊接技术也面临一些挑战，如焊缝的形貌控制、焊接参数的优化和焊接接头的质量检测等问题。
因此，在实际应用中，需要综合考虑各种因素并进行合理的优化，以确保激光焊接技术在冶金行业中的稳定和可靠性。
3. 激光表面处理技术激光表面处理技术是利用激光束对金属材料的表面进行加工和改性的技术。
在冶金行业中，激光表面处理技术被广泛应用于金属材料的清洗、去除氧化层和改善表面质量等方面。
激光表面处理技术具有高精度、高效率和无损伤等优势。
激光束的高能量密度可以加热金属表面并使其迅速蒸发，从而清除表面的杂质和氧化层。
此外，激光束的高聚焦性可以精确控制加工区域，从而改善金属材料的表面质量和性能。
冶金过程强化原理
冶金过程强化原理冶金过程的强化原理涉及到多个方面，包括材料学、热力学、流体力学等多个学科。
一、冶金是一门研究金属材料制备与性能改善的科学与技术。
冶金过程的强化是指通过一系列的技术手段，提高冶金过程中金属材料的性能、质量和产量。
冶金过程强化的原理涉及到物理、化学、材料学等多个领域，其核心目标是通过优化各个环节，提高金属材料的加工效率和性能。
二、热力学原理热力学是研究能量转化和传递的科学，对于冶金过程的强化具有重要的理论基础。
在冶金过程中，温度、压力、相变等因素会对金属材料的性能产生重要影响。
通过合理控制温度和压力，可以实现金属在不同相态下的转变，从而改善其力学性能、耐磨性等方面的性能。
三、流体力学原理冶金过程中经常涉及到熔融金属的流动和传热问题，而流体力学原理对于这些问题的解决起着关键作用。
通过优化流体的流动路径和速度分布，可以提高熔融金属在冶炼炉中的均匀性，避免金属中夹杂物的产生，从而提高金属的纯度和强度。
四、材料学原理材料学是冶金工程中的基础学科，冶金过程强化的原理在很大程度上依赖于对金属材料本身性能的理解。
通过选择合适的金属合金、添加适量的合金元素，可以调控金属的晶体结构，提高其硬度、耐腐蚀性等性能。
此外，通过表面处理和改性，也可以改善金属材料的表面性能，如涂层技术、表面强化等。
五、工艺学原理冶金过程强化的原理还包括了多种工艺学手段，如精炼技术、浇铸技术、锻造技术等。
通过改进工艺参数，优化工艺流程，可以有效地提高金属材料的制备效率和性能。
例如，在铸造过程中，通过合理的浇注系统设计和凝固控制，可以减少缺陷的产生，提高铸件的质量。
六、电化学原理电化学原理在冶金过程中也有着广泛的应用。
电解、电渗透等技术通过电场作用，可以实现金属离子的迁移，从而实现金属的提纯和表面改性。
电化学原理还可以用于防腐蚀处理，提高金属的抗腐蚀性能。
七、先进技术原理随着科技的不断进步，一些先进的技术也被引入到冶金过程中，如激光技术、纳米技术等。
激光技术在金属材料加工工艺中的应用探析
激光技术在金属材料加工工艺中的应用探析摘要：激光技术的研究和推广应用的水平是标志一个国家现代化程度的高级技术之一。
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进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工等的一门技术。
如今，激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电器、航空、电子、冶金、机械制造等重要部门。
就激光技术的优势、常见的激光技术以及在金属材料加工工艺中的应用进行了研究，对提高产品质量、劳动生产率和减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。
关键词：激光技术；工艺；加工激光加工是一种新兴的先进制造技术，具有自己的特色与规律，经过多年的积淀形成了激光加工理论和各种激光加工工艺参数。
随着世界科技与经济发展的需要，激光技术有了迅速发展。
激光与普通光相比具有单色性、相干性、方向性和高光强。
同样激光加工设备也涉及到众多学科因而决定了它的高科技性和高收益率。
纵观国际和国内激光应用场情况经过多年来的研究开发和完善，当代的激光器和激光加工技术与设备已相当成熟形成系列激光加工工艺。
1 激光技术优势分析1.1 加工速度快，效率高激光切割是当前各国应用最多的激光加工技术，在国外许多领域，例如，汽车制造业和机床制造业都采用激光切割进行钣金零部件的加工。
在航天工业中，铝合金用激光焊接的成功应用是飞机制造业的一次技术大革命。
在汽车工业中，激光加工技术优化了汽车结构，提高了汽车性能，降低了耗油量。
激光精加工和微加工不但促进了工业的发展，也为制造行业提供了有利条件。
随着大功率激光器光束质量的不断提高，激光切割的加工对象范围之广，几乎包括了所有的金属和非金属材料。
例如，可以利用激光对高硬度、高脆性、高熔点的材料，进行形状复杂的三维立体零件切割，这也正是激光切割的优势所在。
由于激光加工技术的高效率、无污染、高精度、热影响区小，因此在工业中得到广泛应用。
另外，激光切割的优点还包括设置时间短，对不同工件和外形具有很好的适应性。
1.2 精准率高，无污染激光焊接激光焊接是将光斑非常细小高强度的激光照射到工件表面，通过激光与物质的相互作用，使作用区域内的母材局部快速熔化、汽化，实现焊接。
激光技术在工业中的应用
激光技术在工业中的应用激光加工技术是集光学、机械学、电子学、计算机学等为一体的高技术,是激光应用最有发展前途的领域。
目前已开发出20多种激光加工技术,如雨后春笋般地应用于各个新工艺领域,如激光切割、激光打标、激光打孔、激光焊接、激光表面热处理、激光快速成型、激光清洗、激光冗余修正、激光退火、激光光刻与存储等。
激光加工技术的出现是对传统的加工工艺和加工方法具有重大影响的技术变革,很快被广泛应用于汽车、电子电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要行业,推动了工业的快速发展,并产生了巨大经济效益。
1激光加工技术在传统制造业中的应用（1）激光焊接：激光焊接是把激光聚焦成很细的高能量密度光束照射到工件上,使工件受热熔化,然后冷却得到焊缝。
激光焊缝熔深大,速度快,效率高激光焊缝窄,热影响区很小,工件变形也很小,可实现精密焊接激光焊缝结构均匀,晶粒很小,气孔少,夹杂缺陷少,在机械性能,抗蚀性能和电磁学性能上优于常规焊接方法。
激光焊接技术具有溶池净化效应,能纯净焊缝金属,适用于相同和不同金属材料间的焊接。
（2）激光切割：激光切割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,蒸发形成小孔洞,并使光束与材料相对移动,实现连续孔洞的窄切缝。
脉冲激光适用于金属材料,连续激光适用于非金属材料,后者是激光切割技术的重要应用领域。
与计算机控制的自动设备结合,激光束具有无限的仿形切割能力,切割轨迹修改方便通过预先在计算机内设计,进行众多复杂零件整张板排料,可实现多零件同时切割,节省材料。
激光切割以其优越的性能成为现代工业应用中的第一大户。
在美国、德国、日本等发达国家,因其汽车工业的发达而使激光切割的使用比例达60%以上。
（3）激光打孔：激光打孔技术具有精度高、通用性强、效率高、成本低和综合技术经济效益显著等优点,已成为现代制造领域的关键技术之一。
目前,工业发达国家已将激光深微孔技术大规模地应用到飞机制造业、食品加工业、医药制造业等行业。
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取向硅钢降低铁损、提高磁感常用的措施有: 提高{ 110} 001!晶粒取向度; 增加硅含量; 减薄板 厚; 细化磁畴等。当前含硅量和钢板厚度已不能 任意改变, 而取向度的改善和纯度的提高现在也 已达到相当水平, 因此通过细化磁畴减少异常涡 流损耗的工作就异常重要。
磁畴细化技术按照其是否能经受 800 ∀ 以上 消除应力退火处理分为耐热和非耐热 2 种[ 1] 。其 中非耐热磁畴细化技术有机械加工法、激光照射 法、放电处理法、等离子流照射法等; 耐热型磁畴 细化技术有局部应变+ 热处理法、电解刻蚀法、局 部去除玻璃膜并电镀或涂填充物法等。
Abstract: Laser processing t echnolog y is applied mor e and m ore w idely in met allur gy f ield. In lig ht of t he curr ent st atus o f t he t echnolog ical development of met al lurg y t he present paper syst em at ically describes application, charact erist ics and t rend of dev elo p ment of laser pro cessing t echno logy in met allur gy sect o r. Key words: laser t echno logy ; metallurg y f iel d; st atus
作者简介: 程灿军( 1966 ) , 男, 高级工程师, 主要从事设备管理工作
第3期
程灿军, 等: 激光加工技术在冶金行业的应用
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的 AK 钢厂和 Dofasco 钢厂等。1995 年, 宝钢从 Mibach 公司引进了我国首台带钢拼焊机组, 该机 组的 焊 缝 断 带 率 设 计 为 0. 75 % , 实 际 达 到 0. 2 % 。武钢冷轧厂现有 10 套带钢拼焊设备, 其 中酸轧线有 3 台 M iebach 公司的带钢拼焊机组, 使用 T rumpf 12 000 轴快流 CO2 激光器, 精剪板 边加 工, 焊 接 板厚 1. 5 ~ 6. 0 m m, 板宽 700 ~ 1 430 mm, 断带率低于0. 2 % 。图 1 所示为 M ie bach 公司酸轧线激光焊接机组示意图。
表 1 电火花与 CO2 激光毛化性能对比
性能项目
电火花毛化
CO 2激光毛化
深冲性
毛化点排列无序, 毛 毛化点的 排 列有 序/ 无序 根 据
化坑相通, 深冲性较 需要选 择, 深冲性 明显 优于 电
差
火花板
光亮度 平坦度差, 板面涂漆 板的平 坦度 可调, 板面 涂漆 后
后的鲜映度差
的鲜映度优于电火花板
1. 焊接梁 2. 剪子驱动 3. 剪子单元 4. 带钢动部检测 5. 焊接边部定位 6. 激光导向系统 7. 激光焊接头 8. 光整辊 9. 激光支撑辊头 10. 加热装置 11. 冲孔 12. 焊接梁驱动 13. 边料去除机构
图 1 M iebach 带钢拼焊机组
激光钢带焊接工艺成功用于生产, 标志着闪 光焊即将结束。尽管闪光焊目前在钢铁行业中仍 居主导地位, 但激光焊取而代之已成为必然趋势。 因此可以预见, 冷轧板的激光在线焊接技术, 会成 为未来几年国内外钢铁企业冷轧厂技术改造的热 点, 成为冷轧生产工艺中的必备技术。
摘 要: 激光加 工技术在冶金行业获得越来越广泛的应用, 针对冶 金生产技 术的发展现 状, 系 统地阐述 激光加工技术在冶金行业的应用现状。 关键词: 激光技术; 冶金行业; 现状 中图分类号: T F053 文献标识码: B 文章编号: 1008 4371( 2010) 03 0058 04
Application of laser processing technology in metallurgy sector
图 5 轧辊激光表面淬火前后的组织( 500 # )
激光熔凝可获得较深的硬化层, 可达 2~ 3 mm 以上, 主要用于铸铁材料、高碳、高合金材料, 在铸铁发动机凸轮、轧钢厂剪板机剪刃等产品上 成功应用。目前对轧辊的熔凝处理已进行了一些 研究, 北 京 科 技 大 学 和 华 中 科 技 大 学 分 别 对 NiCrM o 无限冷硬白口铸铁、75CrMnM o 铸钢轧 辊进行激光熔凝处理, 轧辊的寿命和过钢量都有 不同程度的提高。
激光硅钢表面微刻痕技术是改善磁畴分布, 降低铁损的有效手段。机理是激光 照射硅钢片 时, 硅钢片在激光束的瞬间几千个标准大气压的 冲击力作用下, 在作用区产生了弹塑性变形和应
图 2 原始磁畴
图 3 激光处理区的磁畴
新日铁、美国 A K 公司的硅钢激光刻痕技术 的研究比较成熟, 产品较多, 但技术保密。近期国 内宝钢、武钢硅钢厂相继在生产线上采用高功率 CO 2激光器进行硅钢激光刻痕, 取得较好的效果。
力, 引起局部高密度位错, 磁畴细化, 使细化了 的磁畴 在外 磁 场 的 作用 下 发 生 位 移、旋 转、翻 转[ 2] , 从而损耗的能量减小, 铁损降低。横向铁损 降低的原因是激光照射时在该方向上生成垂直于 原磁畴的亚磁畴结构[ 3] 。第二种观点认为, 由于 激光加热与冷却速度很大, 使光斑区域内出现拉 应力; 同时光斑区域内的晶粒来不及生长, 使晶粒 直径减小[ 4] 。图 2 所示为硅钢 片的原始 磁畴结 构, 各畴壁互相 平行, 间距 大致相等, 约为 0. 3 mm。图 3 所示为激光处理 后的磁畴结构, 可见 磁畴间距明显减小, 约为 0. 15 m m, 并出现垂直 的亚磁畴结构[ 3] 。
轧辊毛化处理 技术有: 喷丸毛 化、电 火花毛 化、激光毛化等。这些技术按粗糙度形貌类型可 分为无规则分布、可设定式分布的 2 种类型。喷 丸毛化和电火花毛化属于无规则分布的粗糙度形
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武钢光毛化则属于可设定式分布的粗糙度 形貌类型。
轧辊激光毛化技术是 20 世纪 80 年代末才发 展起来的生产优质冷轧薄钢板新技术。日本、法 国、德国和美国一些大型企业一直在引进、开发激 光毛化技术及设备, 国内中科院力学所和华工激 光工程有限公司分别采用 Y A G、CO 2 激光, 成功 研制开发出了激光毛化冷轧辊成套设备[ 7 8] , 分别 在天津冷轧薄板厂、鞍山带钢厂、无锡远方带钢厂 和武钢、重钢、昆钢成功投产。
表 1 所示为 电火花与 CO2 激光毛化 性能对 比。可见, 激光毛化技术可以获得最好的毛化效 果, 图 4 所示为轧辊表面激光有序、无序毛化形貌 图。由于激光毛化后的轧辊表面呈现出凹坑多余 凸起的形貌, 不利于形貌的传递, 加之效率低、成 本较高、无序化实现较困难等, 激光毛化还没有得 到广泛应用。
辊面, 张力消失, 将 导致生产线上的钢带无法平 整, 使成材率降低。
采用激光 焊取代现有的电 阻焊或闪 光焊设 备, 具有一系列优点。首先, 激光焊接设备性能稳 定、精确度和可靠性高, 重复性好, 且重量轻、维护 量小; 其次, 激光焊接工艺成熟, 接头性能与母材 相似, 断带率低于 0. 5 % , 生产效率提高 5 % ~ 8 % ; 并且焊缝平整, 冷轧前无须切除, 冷轧中无 须抬辊, 可实现连轧, 提高了成 材率和产 量。因 此, 世界大型钢铁企业纷纷投资建设激光拼焊生 产线。
可调性 毛化点的排列, 形貌 毛化点的排列, 形貌可调, 产 品
不可调
开发面广
过钢量 无提高 加工效率 20 min 左右
重复性 不能再现
过钢量提高 1 倍以上 30~ 80 min 可以再现毛化工艺过程和结果
不 能 有 振 纹、走 刀
对辊面要求
没有严格的要求
纹、水渍、锈斑
图 4 轧辊表面激光有序、无序毛化形貌图
2. 2 轧辊激光表面强化
轧辊激光表面强化技术是近几年激光表面强 化技术在钢铁行业的成功应用, 是极具市场前景 的激光加工技术, 它采用先进的激光快速相变或 者快速熔凝处理技术, 可以在冶金轧辊表面形成 一层厚度为 1. 5~ 2. 0 mm 超细化、高强韧性、高 耐磨性的合金层, 典型的金相组织为超细化、过饱
CH EN G Can jun1 , Z H ON G Ru t ao2 , WA N G L ian yun1 ( 1. Gener al Cold Ro ll M ill of WISCO, Wuhan 430083, China; 2. Research and Development Center of WISCO, 430080, China)
和的马氏体和高度弥散、均匀分布的碳化物强化 相颗粒, 使冶金热轧辊寿命显著提高。轧辊激光 表面强化技术主要有激光淬火、激光熔凝、激光合 金化和激光熔覆。
轧辊表面激光淬火强化的应用较多, 目前, 我 国很多冶金企业都进行过激光轧辊表面淬火的应 用, 如武钢、太钢、柳钢、昆钢、马钢、重钢等。主要 应用对象为球墨、白口铸铁以及铸钢热轧辊, 图 5 所示为轧辊表面激光淬火前后的组织。
日本川崎 钢铁 的激光 焊接系 统用于 厚 1. 2 mm、宽 1 650 m m 钢板生 产线以及厚 0. 4~ 2. 3 mm, 宽 1 270 mm 薄板生产线, 投资成本仅为原 闪光焊的 2/ 3, 而焊接质量大大提高。德国 M ie bach 公司是专业的 冶金行业带钢激光拼焊设备 提供商, 开发出的带钢激光焊接系统已在全球销 售生产线超过 26 条。使用厂商有欧 洲的 T hys senKrupp 钢厂、Arcelo r 钢 厂和 Corus 钢厂, 亚 洲的 Posco 钢厂、宝钢, 武钢、鞍山新钢厂, 北美
2010 年 6 月 58 第 48 卷 第 3 期
武钢技术 WISCO T ECH NOL OGY
Jun. 2010 Vol. 48 No. 3