一种激光淬火装置及其工艺的制作方法

本发明涉及金属热处理领域，尤其是涉及一种激光淬火装置、用于探针的激光淬火工艺。

背景技术

探针在热处理中，为了增加产品硬度，需要进行淬火工艺处理。当前探针生产中的淬火环节，采用传统的方法进行处理：将锡箔纸包住产品(包住的目的是防止产品氧化)，然后放入淬火炉中加热到1000多度(该加热需要一定时间)，然后保持几分钟高温，之后除去锡箔纸，将产品倒入防锈油中进行冷却(该冷却过程需要一定时间)，待产品冷却至常温后再取出，再放入真空回火炉中放几个小时(回火炉的温度在300度左右)，然后再取出。这种传统淬火方式有如下多种缺点需要改进：

1、效率低，升温和降温都需要较长时间；

2、不节能，由于需要淬火炉升到较高温度，对电能的消耗巨大，升温降温的过程时间长、损耗能源较大；

3、不安全，由于淬火炉温度较高，操作格外小心；

4、不环保，升温完成后探针需要进入防锈油中，容易对环境造成二次污染；

5、热量输入不可控，产品会产生较大形变，影响良品率；

6、生产操作需要较多人工，自动化程度不高。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明采用的技术方案是：

一种激光淬火装置，包括有工作台以及设置在工作台上方的激光组件，所述激光组件包括有沿光束传输方向依次设置的激光器、扩束镜、振镜及f-theta透镜。

根据本发明的另一具体实施方式，进一步的有，所述激光器为co2激光器、半导体激光器中的一种。

根据本发明的另一具体实施方式，进一步的有，所述扩束镜为扩束倍率1～6倍连续可调的扩束镜。

一种激光淬火工艺，包括有工作台以及设置在工作台上方的激光组件，所述激光组件包括有沿光束传输方向依次设置的激光器、扩束镜、振镜及f-theta透镜；工件上淬火光斑直径0.35～0.8mm，扫描速度85～120mm/s，窗口中心波长10300～10900nm，激光束功率0.8～1.5kw。

根据本发明的另一具体实施方式，进一步的有，所述光斑直径0.35～0.5mm，扫描速度90～105mm/s，窗口中心波长10550～10750nm。

根据本发明的另一具体实施方式，进一步的有，包括有以下步骤：步骤a，工作台上放置工件；

步骤b，参数设定，包括有设定功率、调整离焦量、设定搭接量及设定扫描速度中的一个或多个；

步骤c，工件淬火处理。

根据本发明的另一具体实施方式，进一步的有，所述步骤a之前，对工件进行除油和/或除绣。

根据本发明的另一具体实施方式，进一步的有，还包括有步骤d，工件淬火处理后，检测工件的淬火效果。

本发明采用的一种激光淬火装置及其工艺，具有以下有益效果：多维动态振镜可以保障在有效范围内光斑不发生畸变；通过精准的软件控制，淬火深度可以精确控制，对激光的输出能量、扫描路径等都可以进行精准控制，由于热输入量可控，内部晶体组织更加细化，激光功率密度高、淬火作用时间短，从而使探针的热变形区和整体的变化小，产品的一致性和良品率幅提高，对于长形工件、薄壁工件而言，探针质量尤为突出；淬硬层0.3～0.5mm，淬火畸变小，适合于高精度零件处理；硬度比常规淬火提高15％～20％，经淬火后耐磨性可提高1～10倍；由于激光扫描过探针的时间非常短，探针升温和降温都在非常短暂的时间内完成，整个产品的硬度大幅优于传统淬火方式；探针在很短时间内完成淬火，不需要花费传统方式较长时间进行预处理和升温；最大激光输出能量不会超过5kw，减少能耗；激光扫描过的探针不需要再浸入防锈油中，减少了二次污染；属于无接触加热、自冷淬火，洁净的热处理；没有明显的机械作用力和工具损耗，噪声小；工艺周期短，生产效率高，成本低，整个工艺过程可以采用计算机进行精准控制，自动化程度高，可纳入生产流水线，易于批量生产。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，探针作为工件。

如图1所示，激光淬火装置，包括有机架3、均设置在机架3上的工作台1及激光组件，激光组件设置在工作台1上方。机架3包括有骨架、壳体，工作台1及激光组件设置在壳体的空腔中；机架3设置有沿竖向分布的至少两个隔层，激光组件及工作台1设置在不同的隔层，工作台1设置在下层、激光组件设置在上层。还包括有控制器，激光器21及振镜23均与控制器电性连接，控制器控制激光器21的通断、控制振镜23的动作。通过振镜控制使激光按照设定路径完成扫描，让探针在很短时间内完成淬火。探针的升温及降温都在非常短暂的时间内完成，整个产品的硬度大幅优于传统淬火方式。采用振镜取代六轴机械臂，使控制精度更高。

激光组件包括有沿光束传输方向依次设置的激光器21、扩束镜22及振镜23。为了进一步提高探针的淬火工艺效果，激光淬火装置还包括有f-theta透镜24；激光器21、扩束镜22、振镜23及f-theta透镜24沿光束传输方向依次设置。扩束镜22的扩束倍率为1～6倍连续可调，扩束镜22的扩束倍率平滑变化、其可调倍率范围为1～6倍，扩束器用于扩大激光入射到f-theta透镜24时表面光斑直径；扩束镜22的扩束倍率的连续变化中，工件上的淬火光斑直径连续变化。

用于探针的激光淬火工艺，包括有工作台1以及设置在工作台1上方的激光组件，激光组件包括有沿光束传输方向依次设置的激光器21、扩束镜22、振镜23及f-theta透镜24；工件上淬火光斑直径0.35～0.8mm，扫描速度85～120mm/s，窗口中心波长10300～10900nm，激光束功率0.8～1.5kw。激光器发射的激光束经过扩束镜之后，得到均匀的平行光束；扩束镜22的扩束倍率可连续变化，淬火中根据实际需求、调节扩束镜、对工件淬火光斑大小进行调整，实现低成本、高灵活性的光斑调整。近似平行的入射激光束经过振镜扫描后再由f-theta透镜聚焦于工作面上；f-theta透镜聚焦为平面聚焦，激光束聚焦光斑大小在整个工作面内大小一致。

更好的，工件上淬火光斑直径0.35～0.5mm，扫描速度90～105mm/s，窗口中心波长10550～10750nm。搭接量0.5～3mm，离焦量10～25mm。

如图2所示，用于探针的激光淬火工艺，包括有以下步骤：步骤a，工作台1上放置工件，若干工件铺放在工作台1上，工件装夹固定；步骤b，参数设定，包括有设定功率、调整离焦量、设定搭接量及设定扫描速度中的一个或多个；步骤c，工件淬火处理。为了进一步提高探针的淬火工艺效果，激光器21为co2激光器、半导体激光器中的一种。步骤a或b中，根据工作台面上的工件位置，提前规划好的激光扫描路径。近似平行的入射激光束经过振镜23扫描后再由f-theta透镜24聚焦于工作面上。f-theta透镜24聚焦为平面聚焦，激光束聚焦光斑大小在整个工作面内大小一致。振镜23调整激光束，f-theta透镜24上改变入射激光束与轴线之间的夹角，进而改变工作面上焦点的位置。

激光淬火，又称激光相变硬化，它是以一定功率密度的激光束辐照经预处理的工件，从而使工件表面以105～106℃/s加热温度迅速上升至相变点以上，在组织奥氏体化、奥氏体晶粒未来得及长大的情况下，一旦激光停止照射，通过基体的自身热传导作用迅速冷却冷却速度可达104～106℃/s，实现自激淬火，形成表面相变硬化层。

通过扩束镜22缩小工件上淬火光斑直径，原理：d0＝2λf/d。当激光束入射到f-theta透镜24时，λ为入射激光波长，f为f-theta透镜24焦距，d为激光入射到f-theta透镜24表面光斑直径；扩束镜22可以有效扩大d的直径，进而缩小工件上淬火光斑的直径。扩束镜22的扩束倍率的连续变化中，工件上的淬火光斑的直径能够连续变化。扩束镜22的扩束倍率可连续变化，淬火中根据实际需求对工件淬火光斑大小进行调整，实现低成本、高灵活性的光斑调整。

步骤a之前，对工件进行除油和/或除绣。用于探针的激光淬火工艺还包括有步骤d，工件淬火处理后，检测工件的淬火效果。

振镜23包括有壳体、均设置在壳体中的x轴组件及y轴组件；x轴组件和y轴组件均包括有镜片以及用于带动镜片摆动的马达，该两个镜片的摆动用于修改激光束路径，工件按照设定好的台面位置铺满，铺放在工作台1上工件能够进行激光淬火。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。