激光是二十世紀最重大的科學發現之一。激光是具有高亮度、高方向性、高單色性的相幹光束，這種神奇的光束可以達到任何其它已知光束所不能達到的聚焦精度，並且聚焦後可以將巨大的能量集中在非常小的範圍內(nei) 。所以激光剛一問世即引起了材料科學家的高度重視。 激光加工技術已被譽為(wei) “未來製造業(ye) 的共同加工手段”。幾個(ge) 世紀以來，材料加工領域由手工加工時代過渡到火焰加工時代，又由火焰加工時代過渡到電加工時代。激光加工的出現正促使目前的電加工時代向光加工時代轉變。 激光加工代表著當前材料加工業(ye) 的發展方向。世界各國都把激光加工技術作為(wei) 提高生產(chan) 效率、降低成本、提高產(chan) 品質量以及具有國際競爭(zheng) 力的重要手段。其中，激光表麵強化技術在近20年裏，在工業(ye) 領域得到廣泛應用，取得了良好的經濟效益和社會(hui) 效益。 激光加工技術的基本特點 1)無接觸加工，無工具磨損，不需要中途更換工具。 2)激光束易於(yu) 導向、聚焦實現作各方向變換，極易與(yu) 數控係統配合對複雜工件進行加工。 3)可對高硬度、高脆性、高熔點及軟質材料進行加工。 4)激光束能量密度高，加工速度快，工件變形小、熱影響區小，後續加工量小。 5)易於(yu) 與(yu) 傳(chuan) 統生產(chan) 工藝組合，形成生產(chan) 線。 激光加工技術分類 1) 激光表麵強化與(yu) 修複 激光相變淬火 激光熔凝淬火 激光合金化 激光熔覆 2) 激光直接加工 激光毛化 激光焊接 激光切割 激光打孔 激光刻蝕 激光打標 激光拋光 3) 激光快速製造模具原型 選區激光燒結法 激光分層切割製造法 激光加工主要應用工業(ye) 領 汽車、鋼鐵、航空與(yu) 航天、建築、船舶、機械、電子與(yu) 電工、其它 激光毛化冷軋輥技術 激光毛化冷軋輥技術是八十年代在世界上才發展起來的生產(chan) 優(you) 質冷軋薄鋼板新技術。由於(yu) 激光毛化技術在加工方法上、在提高成型性能和塗鍍後光亮度以及綜合生產(chan) 成 本方麵都比其它毛化方法具有更大優(you) 越性，因此激光毛化技術一問世便受到鋼鐵企業(ye) 和使用部門的高度重視， 優(you) 質冷軋薄板和薄帶不僅(jin) 需要優(you) 良的材質，而且對薄板表麵質量（如表麵粗糙度和形貌）有嚴(yan) 格的要求，才能確保薄板優(you) 良的成形性能和表麵塗鍍性能。激光毛化汽車板由於(yu) 塗漆後反射映像光澤度高，在國外被稱為(wei) “鏡麵鋼板”，是生產(chan) 高級轎車麵板的優(you) 質板材。因此，激光毛化冷軋薄板（帶）是汽車、家電、電子和輕工業(ye) 生產(chan) 需求的重要原材料。 激光毛化技術基本原理 其特點是利用經過特殊調製的高能量密度（104~106W/cm2）、高重複頻率（每秒數千至上萬(wan) ）的脈衝(chong) 激光束在聚焦後入射到軋輥表麵實施預熱和強化，在聚焦點處軋輥表麵形成微小溶池，同時由側(ce) 吹裝置對微小溶池施以設定壓力、流量、方向的輔助氣體(ti) ，使溶池中的溶融物按指定要求盡量堆積到溶池邊緣形成圓弧形凸台。這些預熱區、微坑、凸台在軋輥自導熱的作用下迅速冷卻形成硬度強化區。然後在薄板軋製或平整過程中，軋輥表麵上的凸台在板麵上再形成若幹變形硬化質點（微坑），以形成激光毛化板。這種新型表麵結構是在不降低原材質表麵韌性的情況下，由無數微小均布的強化點對表麵實行針軋，從(cong) 而在輥、板表麵實現剛柔並濟的表麵結構。這種表麵結構的優(you) 點主要表現在以下方麵： 1)激光毛化在軋輥表麵形成均勻分布的圓弧形凸台，其硬度、強度都明顯高於(yu) 其它毛化方式。並能有效的避免軋輥殘餘(yu) 應力集中、韌性降低等現象，延長軋輥使用壽命。 2)在軋製過程中，改善輥與(yu) 板間摩擦（增加摩擦力）和接觸條件以有利於(yu) 軋製工藝順利進行（可增大軋機壓下量和軋製速度），減少擦傷(shang) 和粘連，改善板型，提高板麵質量。 3)在板材成型過程中，板麵微坑有儲(chu) 油和冷卻作用，改善板與(yu) 磨具間的摩擦和接觸條件（減小摩擦、增加潤滑），以利於(yu) 材料流動，使成型工藝易於(yu) 進行。同時，板麵微坑可容納成型過程中產(chan) 生的金屬屑，減少成型表明劃傷(shang) ，提高工件質量。可增強板麵對塗層的附著力和提高成形件表麵塗漆光亮度，增加產(chan) 品的附加值。 激光表麵熱處理技術簡介 激光熱處理是快速表麵局部淬火工藝的一種高新技術。這種方法主要用於(yu) 強化零件的表麵，可以提高金屬材料及零件的表麵硬度、耐磨性、耐蝕性以及強度和高溫性能；同時可使零件心部仍保持較好的韌性，使零件的機械性能具有耐磨性好、衝(chong) 擊韌性高、疲勞強度高的特點。運用激光熱處理技術可以大幅度提高產(chan) 品質量，成倍延長產(chan) 品的使用壽命，具有顯著的經濟效益，已廣泛應用於(yu) 汽車、冶金、軍(jun) 工、船舶、石化、模具、輕工等行業(ye) 。 激光與(yu) 材料相互作用的物理過程中會(hui) 發生的幾個(ge) 效應： 1）能量轉換效應 2）物態變化效應 3）表麵效應 4）內(nei) 部效應 激光熱處理技術的分類： 1)激光淬火（相變）技術； 2)激光熔凝技術； 3)激光合金化技術； 4)激光熔覆技術。 它們(men) 共同的理論基礎是激光與(yu) 材料相互作用的規律。四種工藝各自的特點主要是作用於(yu) 材料上的激光能量密度不同，時間不同及不同成份的合金粉末。 激光（相變）淬火和激光熔凝淬火 激光（相變）淬火技術是利用聚焦後的激光束入射到鋼鐵材料表麵，使其溫度迅速升高到相變點以上，當激光移開後，由於(yu) 仍處於(yu) 低溫的內(nei) 層材料的快速導熱作用，使受熱表層快速冷卻到馬氏體(ti) 相變點以下，進而實現工件的表麵相變硬化。激光淬火原理與(yu) 感應淬火、火焰淬火技術相同。但是其技術特點是，所使用的能量密度更高，加熱速度更快，不需要淬火介質，工件變形小，加熱層深度和加熱軌跡易於(yu) 控製，易於(yu) 實現自動化，因此可以在很多工業(ye) 領域中逐步取代感應淬火和化學熱處理等傳(chuan) 統工藝。激光淬火可以使工件表層0.1～2.0mm範圍內(nei) 的組織結構和性能發生明顯變化。 激光熔凝淬火則是采用激光熔融金屬表麵，激光束移開後，熔融的金屬直接從(cong) 液態淬硬為(wei) 固態，形成表麵硬化層的工藝。由於(yu) 激光熔凝淬火允許金屬表麵熔化，實際操作時可以使用比激光淬火更加高的功率密度和更加慢的掃描速度，因此激光熔凝淬硬層深度比前者更深。 在激光輸出功率為(wei) 3.5kw時，大型軋輥表麵激光熔凝淬火的最大淬硬層深度可以達到 2毫米以上。激光熔凝淬火的不足之處在於(yu) ，激光加工後的表麵粗糙度有所降低，其降低的幅度取決(jue) 於(yu) 激光加工的工藝參數，而激光表麵淬火可以基本保持工件表麵粗糙度不變。 激光淬火與(yu) 熔凝處理的共同特點是，不需要改變材料的成分，主要利用軋輥材料自身的特性，發生馬氏體(ti) 相變來強化軋輥表麵。進行激光淬火與(yu) 熔凝淬火前，需要預先塗覆一層吸光塗料來增強軋輥表麵對激光的吸收率。對於(yu) 激光熔凝處理來說，所使用的塗料還應該起到使激光熔池流平與(yu) 造渣的作用。因此，塗料的配方對於(yu) 激光工藝的順利實施以及硬麵層組織與(yu) 性能的影響至關(guan) 重要。 激光熔覆與(yu) 合金化 激光熔覆技術是采用激光束在選定工件表麵熔覆一層特殊性能的材料, 以改善工件表麵性能的工藝。與(yu) 傳(chuan) 統的噴焊或者堆焊工藝相比，激光熔覆技術具有如下優(you) 點： （1）激光束的能量密度高，隻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複一些高精度零件或者對變形要求嚴(yan) 格的零件，如精軋輥的表麵強化處理。 （2）激光熔覆層稀釋率低，且可以精確控製，熔覆層的成分與(yu) 性能主要取決(jue) 於(yu) 熔覆材料的成分。因此，可以采用各種性能優(you) 良的材料對基材表麵進行改性。特別是可以采用激光熔覆技術修複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(yu) 基材為(wei) 冶金結合，強度高，因此可以用於(yu) 一些重載條件下零件的表麵強化與(yu) 修複，如大型軋輥、大型齒輪、大型曲軸等零件的表麵強化與(yu) 修複； （4）激光熔覆層的尺寸大小和位置可以精確控製，設計專(zhuan) 門的導光係統，可對深孔、內(nei) 孔、凹槽、盲孔等部位激光處理，采用一些特殊的導光係統如寬帶掃描係統，可以使單道激光熔覆層寬度達到 20 ~30 mm，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麵的大麵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麵強化與(yu) 修複的要求。 激光熔覆工藝依據材料的添加方式不同，分為(wei) 預置塗層法和同步送料法。一般通過添加合金粉末完成激光熔覆。激光表麵合金化與(yu) 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麵的成分、組織與(yu) 性能。但激光表麵合金化與(yu) 激光熔覆工藝的最大差別在於(yu) ，前者添加的合金元素與(yu) 基材充分混合，兩(liang) 者一起共同決(jue) 定表麵層的性能。而激光熔覆則主要利用所添加合金粉末的性能，基材對表麵合金化層性能的貢獻很小。對於(yu) 冶金行業(ye) 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(yu) 合金化技術的最大好處是，將軋輥的整體(ti) 合金化變成表麵合金化或者熔覆，使軋輥等易損件的使用壽命大幅度提高的同時，生產(chan) 成本增加有限。顯然，合金粉末的設計、選擇與(yu) 使用正確與(yu) 否是該項技術能否成功的關(guan) 鍵。 激光焊接是激光材料加工技術應用的重要方麵之一。其原理是將高強度的激光輻射至金屬表麵，通過激光與(yu) 金屬的相互作用，使金屬熔化形成焊接。由於(yu) 其獨特的優(you) 點，已成功地應用於(yu) 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(wei) 理論基礎的深熔焊接，在機械、汽車、鋼鐵等工業(ye) 部門獲得了日益廣泛的應用。 與(yu) 其它焊接技術比較，激光焊接的主要優(you) 點是 1）激光焊接速度快、深度大、變形小。 2）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(hui) 偏移；激光在真空、空氣及某種氣體(ti) 環境中均能施焊，並能通過玻璃或對光束透明的材料進行焊接。 3）激光聚焦後，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。 4）可焊接難熔材料如鈦、石英等，並能對異性材料施焊，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(jia) 值倍增。 5）可進行微型焊接。激光束經聚焦後可獲得很小的光斑，且能精密定位，可應用於(yu) 大批量自動化生產(chan) 的微、小型元件的組焊中。例如，集成電路引線、鍾表遊絲(si) 、顯像管電子槍組裝、手機電池的封焊等由於(yu) 采用了激光焊，不僅(jin) 生產(chan) 效率大大提高，且熱影響區小，焊點無汙染，大大提高了焊接的質量。 6）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(chuan) 輸技術，使激光焊接技術獲得了更為(wei) 廣泛的推廣與(yu) 應用。 7）激光束易實現光束按時間與(yu) 空間分光，能進行多光束同時加工及多工位加工，為(wei) 更精密的焊接提供了條件。 目前我國鋼鐵行業(ye) 處於(yu) 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(chan) 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(yu) 後行鋼帶必需進行焊接，才能保證生產(chan) 線的連續作業(ye) 。矽鋼板帶在線運行時，需經多次“S”型彎曲變形和承受一定的運行張力，從(cong) 而對焊縫的性能和質量有很高要求。

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