热处理与表面改性

　　激光热处理和表面改性是当今增强材料有效使用和实现设计性能的关键技术，这些在汽车生产行业都可以提高汽车的性能。

　　激光光束产生的高功率热源是表面改性的理想选择。激光使材料的性能在材料表面局部改变，同时对零件本体的性能没有影响。激光表面工程应用可以从广义上分三个领域。按照大部分材料表面的冶金变化以下的加工也可以分成如下领域，也就是相变硬化，退火，晶粒细化，上釉和冲击硬化，及采用添加材料的方法改变表面化学成分来形成合金和覆层过程。

　　不熔化的热加工，一般称为热处理。这包括固态转变，所以金属表面不熔化。光束功率的吸收比例受材料表面的吸收性影响。在热循环和冷却循环中，通过冶金作用，材料的机械性质（硬度，磨损，阻抗力，等）和化学性质（耐腐蚀性等）都能得到加强。

　　有熔化的热加工，即激光焊接，表面均化，再熔化。这种方法通过迅速加热，熔化和冷却，来改变表面性质。

　　通过添加材料的熔化，如熔覆，合金浸渍，这些过程熔化了本体表面和加入的材料，在表面形成改性后的覆层。

　　激光热处理原理与传统热处理相似。而前者的时间通常短一个数量级。不过热处理按惯例需要条件有炉子，火焰，电弧或感应线圈，而激光光束只要聚焦或形成一个适当的模式，在元件上进行扫描。高能量密度激光光束对表面的加热速度更快，减少了热量传导到元件本体的时间。激光热处理和表面技术必须直接和各种相对低成本的传统加工竞争，因此必须具有明显的优势。激光表面改性的主要优势有：

　　● 化学清洁和精美外观

　　● 最小热量输入，因为其能源温度高，转化快，并且输入到部件的热量低。变形少，热响应区小。

　　● 无需后续加工

　　● 无接触加工

　　● 易于组装

　　可通过激光技术转换硬化的合金包括所有可以用传统方法硬化的合金。钢制品对硬化的反映随碳含量的增加而增加，含碳0.75%的钢材硬度值超过了700HV。此外因为高冷却速度普通碳素钢（0.2%C）硬度也会加大。

　　铸铁的硬度是受珠层体含量影响的，只有马氏体的不锈钢会对热处理做出反映。

　　低碳钢激光硬化横截面轨道

　　汽车生产行业推动了激光热处理加工的发展，下表列出了部分应用：

　　液压成形管和腔体的切割

　　液压成形管用于高强度，高硬度和回旋状零件如车架，发动机架，散热器支架，仪表板架，及其他部件。液压板上可以冲孔，可是，孔的数量和形状都是有限的。因为需要冲孔的特征部位没有地方放置支架，冲孔是行不通的。这些管子的末端切除也是很普遍的，而其复杂的管型对硬加工来说也是一种挑战。

　　这些零件最好采用激光切割加工。和等离子切割相比，激光切割速度更快，成本更低，质量更好，几乎能加工任何形状的部件。通常用机器手来控制光纤传输激光器切割头的运行路径。现代的机器手是可以重复利用，低成本，容易编程。与硬质工具和等离子切割不同，这是无接触，低成本的加工。用形状子程序对各种形状的部件进行编程，各个单位都与激光器和切割头连接。

　　在恶劣环境下，可多次机械运动的机器人切割头是连续切割的关键。切割头由电容高度传感器追踪部件轮廓，无需接触，行程为25mm，这样切割加工始终保持在焦点位置。切割头含有专利技术，具备防冲撞功能，结实耐用，可用于汽车行业的机器人加工单元。

　　激光切割单元常采用多机器手和带有分时多路复用技术的激光器。这样一个机器手可以保持在切割序列，而另一个或两个机器手正移动到下一个孔的位置，这就是所谓的空余时间。双工位转台使激光切割在台子的一侧进行切割，同时在外侧进行加载/卸载过程。转台每旋转180度就是一个循环。更大的框架切割系统可用线性传送单元。

　　连续激光器和超级模式 YAG连续激光器是唯一的选择，因为这些激光器能产生快速切割需要的平均功率。切割镀锌钢板时超级模式激光输出是很重要的，因为超级模式能提高切割速度，改善边缘质量，减少熔化金属流中锌蒸汽的影响。同轴氧气用于辅助切割加工，保持光学元件清洁。500W范围内的激光器大多用于厚度在2.5mm内钢板切割。如果需要更高的速度或切割更厚的材料，通常需要1KW的功率。