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激光熔覆技術是采用激光束在選定工件表面熔覆一層特殊性能的材料,以改善工件表面性能的工藝。與傳統的噴焊或者堆焊工藝相比,激光熔覆技術具有如下優點:
(1)激光束的能量密度高,只要注入較少的能量就可以完成激光熔覆。零件熱影響區小,變形小,因此適合強化或者修復一些高精度零件或者對變形要求嚴格的零件,如精軋輥的表面強化處理。
(2)激光熔覆層稀釋率低,且可以精確控制,熔覆層的成分與性能主要取決于熔覆材料的成分。因此,可以采用各種性能優良的材料對基材表面進行改性。特別是可以采用激光熔覆技術修復一些常規堆焊工藝無法實現的工件,如渦輪發動機葉片、軋輥的主軸、電機主軸等。
(3)激光熔覆層組織致密,微觀缺陷少,熔覆層與基材為冶金結合,強度高,因此可以用于一些重載條件下零件的表面強化與修復,如大型軋輥、大型齒輪、大型曲軸等零件的表面強化與修復。
(4)激光熔覆層的尺寸大小和位置可以精確控制,設計專門的導光系統,可對深孔、內孔、凹槽、盲孔等部位激光處理,采用一些特殊的導光系統如寬帶掃描系統,可以使單道激光熔覆層寬度達到20~30mm,每次熔覆的最大厚度可達3mm以上。通過多道搭接可以實現工件表面的大面積和大厚度激光熔覆,滿足不同形狀、尺寸的軋輥等典型易損件的激光表面強化與修復的要求。
激光熔覆工藝依據材料的添加方式不同,分為預置涂層法和同步送料法。一般通過添加合金粉末完成激光熔覆。激光表面合金化與激光熔覆工藝過程類似,也是通過添加合金元素改變工件表面的成分、組織與性能。但激光表面合金化與激光熔覆工藝的最大差別在于,前者添加的合金元素與基材充分混合,兩者一起共同決定表面層的性能。而激光熔覆則主要利用所添加合金粉末的性能,基材對表面合金化層性能的貢獻很小。對于冶金行業軋輥、導位、輸送輥、夾送輥、剪刃等大量易損件來說,激光熔覆與合金化技術的最大好處是,將軋輥的整體合金化變成表面合金化或者熔覆,使軋輥等易損件的使用壽命大幅度提高的同時,生產成本增加有限。顯然,合金粉末的設計、選擇與使用正確與否是該項技術能否成功的關鍵。
激光焊接是激光材料加工技術應用的重要方面之一。其原理是將高強度的激光輻射至金屬表面,通過激光與金屬的相互作用,使金屬熔化形成焊接。由于其獨特的優點,已成功地應用于微、小型零件的精密焊接中。高功率CO2及高功率YAG激光器的出現,開辟了激光焊接的新領域,獲得了以小孔效應為理論基礎的深熔焊接,在機械、汽車、鋼鐵等工業部門獲得了日益廣泛的應用。
與其它焊接技術比較,激光焊接的主要優點是:
激光焊接速度快、深度大、變形小。
能在室溫或特殊條件下進行焊接,焊接設備裝置簡單。例如,激光通過電磁場,光束不會偏移;激光在真空、空氣及某種氣體環境中均能施焊,并能通過玻璃或對光束透明的材料進行焊接。
激光聚焦后,功率密度高,在用高功率激光器焊接工件時,深寬比可達5:1,最高可達10:1。
可焊接難熔材料如鈦、石英等,并能對異性材料施焊,效果良好。例如,金剛石鋸片,用激光將基材(65Mn)和高強超硬的人造金鋼石焊接,使這種鋸片壽命、價值倍增。
可進行微型焊接。激光束經聚焦后可獲得很小的光斑,且能精密定位,可應用于大批量自動化生產的微、小型元件的組焊中。例如,集成電路引線、鐘表游絲、顯像管電子槍組裝、手機電池的封焊等由于采用了激光焊,不僅生產效率大大提高,且熱影響區小,焊點無污染,大大提高了焊接的質量。
可焊接難以接近的部位,施行非接觸遠距離焊接,具有很大的靈活性。尤其是近幾年來,在YAG激光加工技術中采用了光纖傳輸技術,使激光焊接技術獲得了更為廣泛的推廣與應用。
激光束易實現光束按時間與空間分光,能進行多光束同時加工及多工位加工,為更精密的焊接提供了條件。
目前我國鋼鐵行業處于主導地位得典型冷軋工藝路線是:轉爐冶煉-爐外精煉-初軋開坯-熱連軋-酸洗-冷軋-退火-平整-鍍鋅(錫)-成產品。在此典型的冷軋工藝中,帶材焊接設備必不可少。在運行過程中,先行鋼帶與后行鋼帶必需進行焊接,才能保證生產線的連續作業。硅鋼板帶在線運行時,需經多次“S”型彎曲變形和承受一定的運行張力,從而對焊縫的性能和質量有很高要求。
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