激光热处理技术

激光热处理技术（精选12篇）

激光热处理技术 篇1

1 齿轮的激光热处理技术及其优点

1.1 齿轮的激光热处理技术

激光淬火是以高能量密度 (103～105 W/cm2) 的激光束快速照射零件表面, 使其硬化层部位瞬间吸收光能而立即转化为热能, 使激光作用区温度急剧上升达到材料的相变点以上, 形成奥氏体。此时零件基体呈冷态, 与加热区之间有极高的温度梯度。一旦停止激光照射, 其加热区因急冷而发生直接冷却淬火, 使金属表面的奥氏体转变成马氏体。而这种马氏体组织十分细小, 具有比常规淬火更高的组织缺陷密度。由于冷速极快 (104～109℃/s) , 碳原子来不及扩散, 因此马氏体含碳量较高, 残余奥氏体也获得较高的位错密度, 使材料具有畸变强化效果, 从而显著提高了零件表面的耐磨性。同时, 硬化层内残留有相当大的压应力, 又显著增加了零件表面的疲劳强度。利用这一特点对零件表面实施激光淬火, 可以显著提高材料的耐磨性能和抗疲劳性能。

齿轮激光表面强化是一种新型的表面强化技术, 通过多年的改进和发展, 克服了渗碳 (碳氮共渗) 、渗氮及感应热处理等传统热处理工艺存在的硬化层分布不均、变形大等缺点, 适合于多种材质、不同几何参数和尺寸的齿轮。

我国从20世纪80年代就开始齿轮激光淬火的研究, 同时研制了多种激光淬火设备, 现已成为一项实用并极有发展前景的高新技术。目前, 齿轮激光热处理技术主要应用如下。

a.技术要求高, 如大直径、易变形、难磨齿 (如内齿圈) 、异形齿轮 (如无法感应淬火) 等;

b.性能要求高, 如表面硬度和表面残余压应力要求高、齿根层深需要控制;

c.心部性能要求较低, 同时要降低成本和生产周期 (相对渗碳+磨齿) ;

d.受热处理炉限制无法硬化的齿轮, 如超大齿轮 (直径2 m以上) ;

e.火焰等表面淬火硬度不均等情况。

1.2 优点

齿轮的激光热处理见图1。同其他淬火方式相比, 齿轮表面激光淬火具有以下优点。

a.优势明显。激光淬火后齿轮可获得硬齿面, 齿面耐磨的同时可保证齿轮整体机械性能, 更加符合齿轮的使用要求。

b.耐磨性高。激光淬火处理的齿轮硬度高, 金相组织细化, 耐磨性优于传统淬火工艺。激光淬火使组织产生压应力, 提高齿轮的抗疲劳强度。

c.变形小。激光加热速度快, 进入零件内部的热量少, 由此带来的热畸变最小 (畸变量为高频淬火的1/3～1/10) , 齿轮的齿廓变形量在0.01 mm以内, 无裂纹, 能保持原有的表面粗糙度, 所以经激光淬火后的齿轮可以直接装机使用。

d.生产周期短。激光淬火变形小, 一般不需要再磨齿, 因此简化了生产工序, 提高了生产效率, 降低了生产成本。

e.齿轮选材范围扩大。可选用低价格的钢种 (如低碳、中碳钢等) 制造齿轮, 通过激光淬火提高齿面硬度, 保证使用要求。

f.激光淬火采用自冷却方式, 无需淬火液, 是一种清洁的热处理技术。

g.配有多位空间运动工作台的大功率激光器, 特别适用于生产效率很高的机械化自动生产, 可以直接安排在生产线, 以实现自动化生产。

2 激光淬火工艺参数

激光淬火的硬化指标主要是硬化层深度、宽度和硬度。影响上述指标的基本工艺参数是光斑尺寸、激光器输出功率、扫描速度 (即工件移动速度) , 其次还有材料对光的吸收率。此外, 直接功率密度也作为控制工艺的参数。

(1) 激光功率P

通过调节激光器工作电流等激光器参数可调节激光器的输出功率P。通常, 在激光淬火过程中激光功率保持不变。

(2) 光斑尺寸d

对于某种型号的激光器, 其聚焦后的光斑尺寸由聚焦镜焦距和聚焦量X决定。聚焦量是指从淬火工件表面至激光聚焦后最小光腰平面之间的距离。在聚焦镜焦距一定的情况下, 聚焦量X可代替光斑尺寸d作为另一个激光工艺参数。

(3) 扫描速度V

加热时间与扫描速度有关。V影响淬火的最高加热温度及温度分布。利用非熔化临界方程式可做出非熔化临界面, 它把熔化区与非熔化区明确分开。

(4) 扫描方式

为获得均匀一致的硬化层, 对不同模数齿轮应采取不同的扫描方式。

a.周向连续扫描

通过齿轮连续转动, 激光束轴向移动, 在齿面上形成螺旋形间隔硬化带。该方法适合于中、小模数 (5 mm以下) 齿轮。

b.轴向分齿扫描

激光沿齿轮做轴向往复运动, 轮齿同一侧的扫描工作完成后, 激光束移到另一选定位置, 重复上述运动。该方法适合于中、大模数齿轮。

3 齿轮激光淬火后的金相组织与性能

3.1 金相组织

a.低碳钢如20钢采用常规淬火方法很难淬硬。经激光淬火后, 硬化层深度可达0.45 mm左右, 表层硬度达420～465 HV, 金相组织为板条马氏体, 过渡区为马氏体+细化铁素体。

b.中碳钢如45钢 (调质后) , 激光淬火层组织以细化板条马氏体为主, 过渡区为马氏体+屈氏体的混合物, 表面硬度为650～800 HV。

c.合金结构钢、中碳合金结构钢如40Cr、40CrNiMo等, 第一层表层为完全淬硬层, 由隐晶马氏体+少量残余奥氏体组成;第二层过渡层为马氏体+碳化物组成;第三层为高温回火区, 由回火索氏体组成。硬化层硬度为670～780 HV。

3.2 性能

齿轮激光淬火技术适用于高中碳钢、高中碳合金钢、铸铁等材料, 硬化层深可控制在0.4～1.2 mm。对于低碳钢、低碳合金钢, 淬火硬度可达40 HRC左右;对于中碳钢 (如45钢) 表面淬火硬度可达57 HRC左右。

激光淬火加热速度极高 (可达1 000℃/s以上) , 相变温度停留时间不到0.1 s, 因此热影响区很小, 一般不会使原齿轮加工精度等级降低。

激光淬火后齿轮的疲劳强度比调质齿轮的高得多, 寿命可提高几倍乃至十几倍, 并且耐磨性极好。

4 激光渗碳与渗氮热处理

4.1 激光渗碳热处理

与传统的气体渗碳或固体渗碳相比, 激光渗碳突出的优点是工艺时间非常短, 可以精确简便地控制工件的渗碳部位。

a.在丙烷+丁烷+氩气的气氛中, 对20钢和12CrNi3钢进行脉冲激光渗碳, 只需2～3 ms即可同时完成渗碳和淬火, 因而它不需渗碳的后期热处理。

b.如果工件适合用石墨粉膏剂进行局部渗碳, 这样就比采用气体介质的激光渗碳更简便, 只需将石墨粉膏剂 (渗碳介质) 涂覆在零件需渗碳的部位, 即可进行激光渗碳热处理。当渗碳部位仅占工件的很小区域时, 因其他部位处于冷态, 刚度大, 因此工件几乎没有变形。

4.2 激光渗氮热处理

激光渗氮有两种形式:在渗氮介质作用下进行激光渗氮处理;激光预处理后再渗氮的综合处理工艺, 即激光淬火-渗氮复合处理。

(1) 激光渗氮

激光渗氮是将尿素涂于工件表面, 在一定功率密度激光束辐照下进行渗氮。如要使11Cr12Ni2W2V钢渗氮时获得最高的表面硬度与最大的渗层, 推荐的尿素用量为550～620 g/m2, 连续激光功率大于2.5 kW。

(2) 激光淬火-渗氮复合处理

如对35CrMoA钢先进行激光预处理, 然后进行气体渗氮。渗氮介质为NH3。渗氮工艺为530℃×10h。激光预处理可以细化渗氮层晶粒, 再进行渗氮处理可使渗氮层表面硬度和深度增加, 耐磨性能增强。

5 齿轮激光热处理设备

(1) 激光设备配置

横流CO2激光器1台, 专用配套冷水机组1套, 数控加工机床1台, 光路系统1套。图2为HANSGS-RC型齿轮激光热处理成套设备。

(2) 技术指标

HANSGS-RC型齿轮激光热处理成套设备技术指标见表1。

(3) 应用领域

用于矿山、冶金、港口、船舶、风能发电、工程车辆、重型机械等行业各类齿轮的表面激光硬化处理, 尤其适合大型和特种齿轮的热处理, 最大直径达3 m。

6 齿轮激光热处理的应用

6.1 某军工厂两个齿圈通过激光淬火使齿圈满足8级精度要求

齿圈1, 采取圆周连续扫描方式, 硬化层深度约0.70 mm, 硬度达57 HRC。齿圈变形量测量结果:激光淬火直径变化量为+0.031～+0.12 mm, 平均为+0.076 mm;激光淬火端面平面度在0.005 mm以内, 其变化量为-0.01～+0.02 mm, 平均为+0.001 7mm。因此, 热变形极小。

齿圈2, 采取轴向扫描方式, 硬化层深度约0.8 mm, 硬度>58 HRC。激光淬火直径变化量在-0.010～+0.057 mm, 平均为+0.0214 mm;激光淬火端面平面度在0.01 mm以内, 其变化量为0～+0.005 mm, 平均为+0.0017 mm。因此, 说明该齿圈的齿轮精度保持了原加工精度。

6.2 30CrMnTi钢齿轮齿面通过激光淬火得到强化

30CrMnTi钢齿轮通过激光淬火, 齿轮变形小, 表面光洁、不需磨齿。其淬火工艺参数见表2。齿轮表层组织由索氏体转变为细密的针状马氏体, 硬度在870 HV左右, 硬化层深度0.6～0.7 mm。齿面接触疲劳极限由淬火前的1024 MPa提高至1323 MPa, 强化效果明显, 而变频感应淬火齿面为1303 MPa。

6.3 汽车零件的表面激光淬火

汽车工业中应用较多的是汽车零件的表面激光淬火, 如汽车发动机气缸内壁、曲轴、气门座及汽车转向器壳体内表面、汽车转向器齿轮等。试验证明, 经激光表面处理的汽车零件, 不仅畸变很小, 而且零件表面的耐磨性能和抗疲劳性能很高。

6.4 激光热处理在风电齿轮箱大型内齿圈上的应用

内齿圈是风电齿轮箱的重要部件, 目前多采用渗碳淬火进行内齿强化, 但内齿直径在1500 mm以上的大型内齿圈的热处理畸变仍很严重, 定型工装的制作和后期的磨齿成本仍很高, 也严重影响生产周期。为此, 有的工厂采用专用淬火机床进行内齿 (材料为42CrMoA、34Cr2Ni2MoA等) 感应淬火, 或采用大型氮化炉设备进行内齿渗氮等齿面强化。有的公司采用激光淬火的方法进行齿面强化处理, 如采用HANSGS-RC型齿轮激光热处理成套设备进行热处理。

激光淬火能够较好地解决齿根圆角的强化问题, 并且零件淬火后的变形程度也大大优于感应淬火;激光淬火与感应淬火的抗冲击能力接近, 数据离散性也小于感应淬火。虽然激光淬火的硬化层深度也较浅, 但比渗氮的渗层要深, 齿面耐磨性能更高。

6.5 广州某公司激光热处理齿轮实例

例1, 德国金属丝编织机用编织齿轮为非标准少齿数渐开线齿轮, 齿体有开槽, 齿轮材料原采用合金钢42CrMo4 (渗氮处理) , 现改用45钢, 齿面采用激光硬化处理, 硬化层深度0.3 mm, 硬度60 HRC, 性能和质量完全达到进口齿轮水平。

例2, 舰艇雷达传动内齿轮, 其形状特殊, 内圆外方。由于采用常规热处理后齿轮的变形大, 又无法磨齿, 经多次试制和台架试验, 均不能满足设计要求。后采用激光处理, 由于齿轮的变形极小, 无需磨齿, 台架试验完全达到设计要求, 已安装在72条舰艇上正常使用。

例3, 外齿套、花键齿套作为联接部件, 其结构特点是壁薄、异型。采用常规热处理后, 其变形大、节圆椭圆度增加, 严重影响啮合精度, 因而多采用齿面不淬火, 而是提高齿轮整体调质硬度 (250～280HBW) 的办法, 以保证形位公差和啮合精度, 结果使用寿命低。采用激光热处理技术后, 外齿套、花键齿套的使用寿命均提高4～5倍。

例4, 破石机齿轮工况恶劣, 齿轮两齿面交换使用, 齿面磨损严重 (常达5 mm以上) , 使用寿命低。采用激光处理后, 齿面硬度可达58 HRC以上, 使用寿命提高2倍以上。

例5, 轧钢机减速机人字齿轮, 材料为34CrNiMo钢, 处理前硬度为300～320 HBW, 使用寿命为1～1.5月。经激光处理后, 齿轮表面硬度为55～60 HRC, 大大提高了疲劳强度和耐磨性能, 使用寿命在6个月以上。

例6, 常规热处理方法无法解决大型薄壁军用齿圈的变形与疲劳强度问题。采用激光技术处理后, 问题成功解决。

6.6 几种热处理技术经济指标对比

某精轧机机座减速箱低速轴齿轮, 外圆Φ2 181mm, 齿宽520 mm, 齿数105, 法向模数20 mm, 经渗碳淬火、中频感应淬火和激光淬火处理后的技术经济指标见表3。由表3可知, 同常规齿轮渗碳淬火及中频感应淬火相比, 激光淬火不仅齿轮畸变小、加工余量小、耗能低, 而且生产成本低。

注:其中42CrMo齿轮经预先调质处理, 硬度241～286 HBW。

摘要：作为一种新型的表面强化技术, 齿轮激光热处理克服了传统热处理的缺点, 获得了理想的硬度和硬化层分布, 齿轮耐磨性能大大提高, 使用寿命延长, 淬火变形微小, 齿轮精度等级不受影响, 齿面不需要研磨, 可以代替渗碳、渗氮等表面化学热处理和感应热处理等传统工艺, 生产成本低, 生产效率高, 目前已广泛应用于矿山、冶金、船舶、风能发电及工程车辆等多种行业各类齿轮的表面硬化处理, 取得了显著效果。

关键词：齿轮,激光热处理,应用

激光热处理技术 篇2

激光热处理中光束参数表述问题研究

利用86.5%环围功率法研究不同类型的激光器的`等效高斯光束半径.并结合热处理实验,采用任意分布光束热作用快速计算的数学工具对热作用结果进行比较研究.最后,对激光热处理中光束参数表述问题进行了研究.

作 者：桂进斌 马琨 楼宇丽 李俊昌  作者单位：昆明理工大学,昆明,650093 刊 名：激光技术  ISTIC PKU英文刊名：LASER TECHNOLOGY 年，卷(期)：2004 28(5) 分类号：O435 TG156.99 关键词：激光束半径   温度场计算   激光热处理   光束参数  

激光热处理技术 篇3

为了提高激光测量系统对工件表面特征的测量精度，减少数据处理中由于特征点云拟合选择对测量精度的影响，针对比较常见的两种表面特征提出了正确的拟合方式。从工件表面的实测数据出发，经过多次实验，结合表面测量特征的拟合原理，分析不同点云处理方法之间的差异，并给出了最适合该特征的拟合方式及其原因。实验表明，不同的点云拟合方式对特征测量的影响比较大，选择正确的拟合方式才能保证测量的准确性。

关键词：

激光测量； 点云； 拟合

中图分类号： TH 124 文献标志码： A doi： 10.3969/j.issn.10055630.2016.01.009

Data processing method of laser scanning surface feature′s point cloud

LIU Boyuan， LU Minggang， KAN Wentao

（School of Mechatronic Engineering and Automation， Shanghai University， Shanghai 200072， China）

Abstract：

In order to improve the surface accuracy of laser measurement system and reduce the influence of data processing due to cloud fitting feature point selection on the measurement，this article puts forward a correction method of fitting according to the common characteristics. This paper， starting from the actual laser measurement， includes many experiments and fitting principle， and analysis of the difference between the different point cloud processing method， and gives the most suitable fitting method for the characteristics and reason. The experimental results show that the influence of point cloud fitting on the characteristics of measurement is relatively significant.Thus，the correction method is required to ensure the accuracy of the measurement.

Keywords： laser measurement； point cloud； fitting

引 言

传统几何测量技术经过多年的发展已形成了一套规范的测量操作和检验规程，然而较为新颖的激光式表面轮廓测量技术及应用目前还没有形成相关的规范，也没有形成相关的知识体系[1]。目前，激光表面测量技术的主要步骤为：首先导入数模；然后通过激光扫描仪采集点云，建立坐标系，拟合特征；最后输出测量报告。其中拟合特征中的点云处理在整个测量过程中起着至关重要的作用，它将采集到的点云变成我们需要的特征参数，正确的拟合处理可以令测量精度进一步提高 [2]。在实际的测量过程中，工作人员往往依照供应商所给出的参考拟合方法对特征进行处理。但经过实际对比发现，参考拟合方式未必与实际测量结果最接近。本文根据实测数据进行处理，归纳出两种常见表面特征的拟合方法，为确定同类特征点云拟合方式提供一种思路。

1 激光轮廓测量原理

激光轮廓测量的设备为三维激光扫描仪，它的原理如图1所示。从半导体激光器发出激光，经过柱面镜后形成激光面，投射到被测物表面，形成光条，并被CCD摄像机接收。扫描头移动时，光条的间断与形变反映了物体的表面深度变化。由于被测物表面上的点与摄像机接收平面上的像点成对应关系，可以计算出被测点的坐标值，由此可得到表面轮廓。此类测量头所采集到的信息为二维图像信息，若想得到三维的测量信息，还需要在此基础上进行二维坐标与三维坐标的转换计算 [34]。

2 平面与平面圆拟合原理

2.1 平面拟合原理

由此得到平面圆的半径与圆心[7]。

3 激光扫描表面特征的过程与数据处理

3.1 实验器材及过程

实验用测量机为Romer 七轴绝对关节臂，扫描用激光头每秒发射60条激光，数据处理软件为polyworks v12.1。摄像机参数为：工作距离100 mm，景深110 mm，分辨率0.013 7 mm，精度0.024 μm。

激光式表面特征测量过程：首先将理论数字模型导入软件作为理论数据，再通过激光头对工件表面的扫描得到杂乱无章状态的点云；然后在获得的点云上建立坐标系，可以用扫描的点云拟合成特征，建立坐标系，也可以用硬测针采集数据，拟合成特征，建立坐标系，通过建立好的坐标系将采集到的点云数据与理论模型进行对齐；最后将采集到的点云进行处理，包括点云去噪、点云精简、点云匹配、误差剔除等，再选择适当的参数与拟合方法将所需要特征拟合出来。

实验过程中的过滤采用了软件预设的默认过滤，经过测试不同过滤指数对数据的影响发现：默认过滤出的数据最能反映真实情况，而且离散值小，稳定性好。由于实验涉及的特征为平面和平面上的圆，通过之前的实验可知，这两种特征是否添加投影平面对测量结果的影响不大，因此都未添加投影平面。

3.2 表面特征拟合结果

3.2.1

平面

实验结果ΔX，ΔY，ΔZ为三个坐标方向上的位置偏差，其数值为30次激光测量结果减去30次硬测针测量结果（硬测针测量结果精度高，实验中假定为真值）。表1为不同拟合方法拟合平面与硬测针测量数据比较。

由平面几何原理可知，在三种拟合方式中高斯拟合最能反映工件的实际状态，但是高斯拟合是假设x、y为独立变量，不含误差，而z为依赖变量，包含误差的情况下解得平面参数，而在实际获取点云的时候，x、y、z三个方向必然都存在误差，使结果与假设不符合。因此严格来说高斯拟合法不适合平面的拟合[4]。经实际测量的结果相互比较后可知，拟合方式为最大拟合的平面质心最接近硬测针测量值。

3.2.2

平面上的圆

表2为不同拟合方法拟合平面上的圆与硬测针测量数据比较。

圆的拟合精度与测量值精度、数据量及拟合算法都有直接的关系，传统的测量机无法识别特征边界，

导致圆特征的拟合是先扫描圆周围所有特征，再用最小拟合的办法抽取特征，由于传统方法参与计算的

点云数量少，使得到的圆不精确。现代测量机可以识别特征边界，如图2中高亮部分为测量系统自动识别的特征边界，有效解决了参与计算的点云数量少与拟合方法单一的问题。

不同拟合方法与硬测针对比后可得：虽然拟合方法对位置影响不大，但是拟合方式为高斯拟合的直径最接近硬测针数据，故平面上的圆选择高斯拟合。

4 结 论

通过两种特征同一片点云不同的处理方式之间比较，我们可以发现：不同的特征用不同的处理方法拟合出来的数据存在差别；每一种特征有不同的拟合特性，与供应商提供的方法存在差异，必须通过一定量的实验方能发现规律，找到最适合该特征的拟合方式，从而在数据处理方式上减少测量误差。

参考文献：

[1] 李明，李娜，费朋伟，等.综合受力变形的薄壁零件公差设计与分析[J].机电一体化，2013（11）：4347.

[2] 聂恒卫.基于激光测量系统的数据测量和数据处理技术研究[D].无锡：江南大学，2006.

[3] 丁建军，蒋庄德，李兵，等.线结构光扫描测头误差分析与补偿方法[J].西安交通大学学报，2008，42（3）：286290.

[4] 闫航瑞，熊志勇.表面倾斜对激光三角测量的影响及校正研究[J].光学仪器，2014，36（1）：1114.

[5] 官云兰，程效军，施贵刚.一种稳健的点云数据平面拟合方法[J].同济大学学报（自然科学版），2008，36（7）：981984.

[6] 王峰，丘广新，程效军.改进的鲁棒迭代最小二乘平面拟合算法[J].同济大学学报（自然科学版），2011，39（9）：13501354.

[7] 田社平，张守愚，李定学，等.平面圆圆心及半径的最小二乘拟合[J].实用测试技术，1995（5）：2325.

激光热处理技术 篇4

关键词：汽缸套,YAG激光,激光热处理

1 前言

激光表面处理是利用高能量激光照射工件时对工件表面的加热、熔化或冲击作用而进行表面处理的独特加工方法。该工艺的特点是能够有选择地处理局部表面，可以在不改变材料整体性能的情况下在局部表面得到所需性能，激光热处理是激光加工领域中的重要组成部分，它是以高能量激光束迅速扫描，当金属表面吸收激光照射的能量时，温度开始升高，并把热量传导到照射部位内部，表面温度必须升高到相变点的温度，而低于熔点温度，当光束的能量减少或光束移动时，未加热的基体金属传导热量，使加热部分迅速冷却，这个过程进行得非常快，以至于金属内部保持冷态，起冷却剂作用，从而获得淬火效果，实现表面相变硬化，所以也称激光淬火。它具有较常规淬火更优越的特点，加工速度快，工艺周期短，生产效率高，易实现计算机控制。

汽车发动机的汽缸套一经磨损便出现漏油漏气，严重影响整机性能。在剩余的可用功率中，大约15%因为发动机和传动链之间摩擦而变成机械损耗。在柴油发动机中，高达60%的机械损耗因活塞环和汽缸壁之间的摩擦而引起。经过激光处理后，能大幅度提高使用寿命和耐磨性。

1 实验设备

激光热处理设备使用国产的YJJ-IV型数控YAG激光加工机。激光波长为1.06μm，最大功率500W，输出功率不稳定度<3%，最大发散角<1.5mrad，工作台最大回转直径1600mm。

2 实验材料

实验材料为实际应用的汽车发动机汽缸套，材质为合金铸铁，基体硬度205.36HV，主要化学成分为 (质量分数, %) :3.1～3.4C, 0.9～1.0Mn, Si≤2.5, P≤0.4, 余为Fe。

3 实验结果及分析

激光表面硬化处理的效果主要取决于激光束的功率，光斑的大小，光束的扫描速度，零件表面离激光头的距离等工艺参数。

3.1 离焦量对激光处理表面的硬度、宽度及深度的影响

离焦量即激光加工时焦点至汽缸套表面的距离。表1为汽缸套经刷常温快速磷化液后，在激光功率为400W、扫描速度为2m/min不变的情况下，改变离焦量所测出的汽缸淬硬层的硬度、宽度及深度的情况。可看出，离焦量较小时，由于激光作用于缸套表面的光点小，所以激光功率密度 (光点单位面积内功率的大小) 较大，因此淬硬深度较深，但硬度较小，宽度较窄;而当离焦量较大时，光点较大，因此淬硬宽度较大，但激光功率密度较小，所以淬硬深度较浅，硬度较小;当离焦量等于2mm时，硬度最大，且满足淬硬深度大于0.1mm、淬硬宽度大于1.2mm的要求。因此, 比较合适的离焦量的数值为2mm。

3.2 扫描速度对激光处理表面的硬度、宽度及深度的影响

保持离焦量为2 m m、激光功率为400W不变，分别改变激光的扫描速度，得到扫描速度与硬度、宽度及深度间的曲线见图1。可看出，当扫描速度不断提高时，淬硬层的硬度、宽度及深度都在减小。这是因为扫描速度提高后，加热时间减小，缸套表面吸收的热量减少的缘故。

3.3 功率对激光处理表面的硬度、宽度及深度的影响

当离焦量为2 m m、扫描速度为2 m/min不变时，分别改变激光的输出功率，得到功率与硬度、宽度及深度间的曲线见图2。可看出，激光功率愈大，所得淬硬层的硬度、深度、宽度愈大。这是由于在激光功率增大时，光点的功率密度增加了，使得缸套表面的温度升高，所以淬硬层的硬度、宽度及深度亦都在变大。

3.4 汽缸套表面处理对激光热处理的影响

图3是离焦量为2mm扫描速度为2m/min时，汽缸套表面不经处理、刷常温快速磷化液以及刷黑漆后三种情况时，在不同激光功率下，淬硬层硬度的情况。可看到，汽缸套表面处理对淬硬层硬度有很大的影响，尤其在功率较小时更加突出。从实验效果看，表面刷上黑漆后效果最好。但由于黑漆是以有机溶剂为基体在激光热处理时产生烟雾及气味污染环境，对操作者健康有影响，所以表面处理最好选用常温快速磷化液。

4 激光热处理机理

激光淬火是利用高能激光束，使金属材料在超快加热和急冷条件下发生相变。这决定了它与其它热处理方式不同的机理和结果。激光热处理从物理冶金角度来看，激光相变与常规热处理并无两样，只不过是前者为局部的急热急冷过程，由于加热时间短，热影响区域小，硬化层较浅，一般只有0.3-1.0mm，这对于要求变形小，形状复杂和要求局部处理的零件来说较为合适。由于加热速度快，表面升温速度可达105-106℃·s-1，使材料表面迅速达到奥氏体化温度，原有材料中珠光体组织通过无扩散转化为奥氏体组织，在随后通过自身热传递而快速冷却104℃·s-1，奥氏体组织通过无扩散过程转化为马氏体，同时组织细化，这是由于在激光超快的加热条件下，过热度大，造成相变驱动力很大，奥氏体形核数目剧增，它既可在原晶界和亚晶界成核，也可在相界面和其它晶体缺陷处成核。而在快速加热下的瞬间奥氏体化使晶粒来不及长大，在马氏体转变时，必然转变为细小的马氏体。另一方面，激光快速加热，使得扩散均匀化来不及进行，奥氏体内碳及合金浓度不均匀性增大，奥氏体中含碳量相似的微观区域变小。随后的快速冷却时，不同的微观区域内马氏体形成温度有很大的差异，这也导致了细小马氏体组织的形成。研究表明，激光热处理后可获得直径为2mm的超细晶粒[3]，激光处理加热速度快，易使金属表面过热，随后冷速亦快，残余奥氏体量增加，碳来不及扩散，使得奥氏体中碳量增加。随着奥氏体向马氏体转变，得到高碳马氏体，提高了硬度，而激光处理后的马氏体组织为板条马氏体和孪晶马氏体组织，其中位错密度极高[4]，可达1012cm-2，这对高硬度的获得也作出贡献。许多研究工作表面，晶粒细化，马氏体高位错密度和固溶含碳量是获得超高硬度的主要原因，这些都是我们试验中经过激光热处理获得较高表面硬化的主要原因。

5 结论

通过耐磨性试验证明，经激光热处理的汽缸套的耐磨性有很大的提高。在相同的条件下，经激光热处理的汽缸套的磨损量是未经激光热处理汽缸套磨损量的二分之一[1]。尤其汽缸套激光热处理多加工成网纹状，更适宜采用YAG固体激光加工机。

为了使淬硬的网状条纹硬度较高，并有较好的深度和宽度;又由于该型YAG固体激光加工机的额定功率为500W，为使其功率有些储备，因此建议选取激光热处理的最佳参数为:激光器功率为400W，离焦量为2mm、扫描速度为2m/min。

激光热处理工艺参数的选择对硬化层特性有很大的影响，为得到理想的热处理效果，应根据材料的不同选用不同的工艺参数。

参考文献

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激光热处理技术 篇5

引言

飞机泊位引导是指将到港飞机从滑行道末端导引至机坪的停机位置并准确停泊的过程。目前，飞机泊位引导主要分为两种工作方式:(1) 人工引导;(2)自动引导。人工引导是通过专业引导员站在入坞飞机的前方用专用标牌向飞行员展示各种行为语言来指示飞机的入坞信息。自动引导是通过各种类型传感器采集入坞飞机的姿态和速度信息，利用计算机对这些入坞信息进行有效处理和分析进而产生入坞飞机的引导信息，并通过停泊前方的显示设备向飞机驾驶员、副驾驶员或其他人员显示泊位引导信息。近年来，随着机场管理控制系统的自动化、网络化、一体化和智能化水平的提高，传统的人工引导方式已不能满足需求。自动飞机泊位引导系统则能有效提高机场的装备水平、运营效率、管理水平和服务质量。

自动飞机泊位引导系统按使用传感器的类型不同主要分为:(1)地埋线圈类;(2) 激光扫描测距类;(3)视觉感知类。地埋感应线圈类误差较大、易损坏、可靠性不高;视觉感知类对天气和照度有要求、适应性较差;而激光扫描测距类不受环境照度的影响、且受天气影响较小、精度较高，因而得到广泛应用。飞机泊位系统国外早有所发展，1992 年瑞典的FMT 公司研制了基于激光技术的飞机位置及咨询显示系统( aiccraftpositioning and infomation system，APIS);1995 年瑞典的Safegate 公司推出了以激光为基础的新一代Safedock引导系统。目前，Safegate 公司市场占有率达到80%。美国Honeywell 公司的可视化飞机泊位引导系统(visual docking guidance system，VDGS)和德国西门子公司的视频泊位引导系统( video docking system，VDOCKS)也得到应用。而国内还没有生产销售具有自主知识产权的泊位引导系统。

1 基于激光扫描的飞机泊位的原理与激光扫描系统的构成

基于激光扫描的飞机泊位引导系统采用水平扫描步进电机和垂直扫描步进电机驱动水平振镜和垂直振镜，对激光测距仪的发射光束和回波光束实现偏移，水平振镜和垂直振镜的偏转角及激光测距数据组合后得到3 维测量数据。3 维数据以离散点的形式描绘出飞机机头的轮廓，提取出飞机鼻尖和引擎的参量，并将引导信息显示在正对引导线安装的LED 上，从而实现入坞飞机的捕获、跟踪、引导、识别、精确定位，并要求在停止线上，飞机偏离引导线的距离小于100mm。

跟踪引导飞机泊位的过程中，双镜系统中的垂直镜跟踪飞机的鼻尖，水平镜水平扫描1 行，根据落在飞机上的扫描点，通过二次拟合，拟合出的曲线上的顶点，即距离最小值点，就是飞机的鼻尖。通过对鼻尖所在位置的坐标解算，得出鼻尖相对于引导线的偏差，判断当前飞机是否偏离引导线，并将飞机的偏离情况通过LED 屏显示，飞机员通过查看LED，调整飞机至引导线重合。在引导飞机泊位的过程中，根据飞机固有的特性，不同的型号飞机的鼻尖高度和引擎距离鼻尖的距离不同，对泊位飞机的机型进行识别。

本文中研究的飞机泊位系统基于振镜的激光扫描。激光扫描系统设计为外置于工控机的独立子系统，便于其维护与调试，提高系统的可靠Fig. 1 Laser scanning system of aircraft docking system性。控制器采用AVR32，通过输入/输出( input /output，I /O) 并行通信与现场可编程门阵列( field programmablegate array，FPGA)协同工作，完成水平和垂直扫描控制、激光扫描数据的采集、与工控机的数据通信等，而激光扫描点云数据的处理由工控机完成，并由当前数据处理结果得到下一步需采取的扫描策略。激光扫描系统通过独立的RS485 接口与工控机连接，形成一对一的通信方式。

2 激光扫描数据处理算法流程图

对激光扫描数据进行处理，主要是为了消除激光扫描数据点中的噪声点，并对该噪声点进行补偿;精简数据传输字节，以提高数据在上位机和控制板卡之间的通信速率;对扫描点数据进行曲线拟合以获得飞机的扫描轮廓，判断飞机相对停止线的左右偏离情况。

在激光扫描数据的处理过程中，主要采用了对激光扫描数据的精简和错误点标识;对激光数据进行中值滤波以消除噪声点;对机头扫描数据进行曲线拟合，以满足数据结算的需求，。

3 数据精简与错误点标识

激光扫描系统选用班纳公司的LT300 远距离激光测距仪。班纳LT300 型激光测距仪采用激光脉冲飞行时间测量法，对于自然物体表面测量范围可达300m，满足飞机泊位的距离要求，测量精度到60mm，358第39 卷第3 期王春彦飞机泊位系统中的激光扫描数据的处理满足系统的100mm 泊位误差要求。

激光测距仪以二进制输出距离值，单位为mm。输出距离值为3byte，其中byte 2 最高位始终为1;byte 1 和byte 0 的最高位始终为0。剩余的21bit 表示距离值。为了数据的.快速传输，需要在AVR32 MCU 中对数据精简处理。先将byte 2，byte 1 和byte 0 的最高位去掉。在机场的实际环境中，由于飞机泊位的最大距离不大于200m，因此表示距离值的21bit 中，使用低18bit 就可以表示200m 内的任意距离，单位为1mm，而高3bit 不使用。

激光测距仪的单次测量误差最大为60mm，小于100mm 的系统误差要求，因此在毫米量级的误差可以忽略不计。将上述18bit 量程的最低2bit 舍去，如图3 所示，不影响精度，此时距离值的最小单位为4mm。从而实现将3byte 的距离值缩减为2byte。此时可使数据传输速率增加1 /3。以距离值29121mm 为例，原存储格式为:0x814341。经过数据精简后，传输格式为:0x1470。数据精简算法示意如图3 所示，图中，MSB 表示字节的最高位(the most significant bit)，LSB 表示字节的最低位(the least significant bit)。

激光测距数据精简后，进行错误点的标识。在实际飞机泊位的过程中，由于飞机泊位系统安装位置距离飞机停止线的距离在12m 以上，整个飞机入坞区域中和飞机泊位系统的安装位置的最大距离不超过150m。因此，将精简后的激光数据值中的小于12m 和大于150m 的距离值标为0，并在上传数据给工控机之前，去除这些距离值为0 的数值。

4 消除噪声

通过对机场的现场测试数据分析可知，在连续扫描的数据中总存在一些杂散点和错误点，需要对其进行滤除。为保证数据处理的实时性，此处引入图像处理中的中值滤波算法并加以简化，使之应用于激光扫描数据的噪声去除。消除噪声的流程如图2b 所示。

将激光扫描的每行/列数据看成点集P( d1，d2，d3，…，dN)。定义前向数据差Δdb = di - di - 1。对于在一个平面上的点，di≈di - 1，Δd≈0。由于存在噪声点，且假设该噪声点的值为di，通常该噪声点值与其相邻点di - 1，di + 1的差值Δdf和Δdb会较大，其中Δdf = di -di - 1，Δdb = di - di + 1。根据机场实验得到的数据分析，设定阈值Δd = 1m，即相邻两点的距离差值阈值大于1m 时，可认为距离值发生突变，对应的激光点不在同一个平面上。

5 数据拟合

在对扫描点进行重排后，需要对扫描数据点进行曲线拟合。在实际应用中，重点关注机头位置的扫描点的曲线，根据机头外形，选择最小二乘的二次曲线进行拟合。

6 结论

激光技术引爆投影市场 篇6

激光是个好技术，但是以它目前的价位和使用模式，未来两年内并不会出现爆发性增长的机会。作为相对高端的技术，它推动投影机产品及技术的革新是自上而下开始的，普及速度不会非常快。2010年，奥图码就推出了激光投影机产品，但是只有非常少的用户可以接受其高价，而今年就将到来的万元激光投影机将引爆这个市场，而只有当激光投影机的价格降低至5 000元，激光投影机技术才能真正开始普及。激光投影技术的效率、可靠及安全问题已经达到实用标准，标志着该技术的成熟，随着销量的提升，整机价格将加速下降，2～3年实现对传统光源的取代。

占用空间较大和维护成本较高是影响投影机产品使用的主要障碍，奥图码已经找到解决这两个问题的方法。通过推出短焦以及超短焦产品，体积与空气净化机相仿，并且可以靠在墙壁上即能打出足够大的画面，奥图码最新的激光产品投射距离只有45cm，而画面尺寸达到80英寸，距离60cm后画面可扩大到100英寸，从而继续保持与其他显示产品相比在画面尺寸上的优势地位。随着未来3D投影的应用越来越多，足够大的画面会带来更好的视觉冲击感，特别是超过100英寸的画面能够为家庭用户带来真正影院级的画面感受。随着无线连接能力的增强，投影机的架设变得更简单，有利于投影机市场的家庭消费扩展。因为新技术导入及更为出色的移动能力，奥图码相信投影机相比大屏显示器，仍能有足够大的发展空间。

责任编辑：范孜恒fan_ziheng@chip.cn

激光热处理技术 篇7

脉冲激光测距原理是在测距点向被测目标发射一束短而强的激光脉冲,脉冲激光经大气到达被测目标,经漫反射后,回波再经原路返回光学接收装置,汇聚到探测器的光敏面上。设光脉冲从发射点到被测目标来回一次所经历的时间间隔为t,则测距点与被测目标之间的距离为

式中c为光速。从式(1)可以看出,脉冲激光测距的关键是如何精确测量时间t,时间t分辨率的高低直接决定了脉冲激光测距的精度。随着对测距精度要求的提高,激光脉冲越来越窄,回波在探测器上的能量积分也越来越小。探测器接收到的信号即便通过高倍放大后仍然非常微弱,且随被测目标距离的增大,接收信号快速减弱,又在此情况下,采用直接提取回波转换电平的方法提取回波信号非常困难。无论是数字插入法还是延迟线插入法都是在处理芯片已经识别到回波信号以后[1,2,3,4,5],针对主波与回波之间的时间差进行更为精确地处理,而这些处理方式一般要求信号的信噪比较高。

目前的脉冲激光测距机系统为提高测距精度,通常的方法是将激光脉冲信号变窄,一般为5 ns左右(为了提高激光信号峰值功率,并且回波较窄),由于大气会将激光脉冲信号展宽,得到的回波信号脉宽一般为5 ns~15 ns之间,如图1所示,且随距离越远信号幅值越小,阈值法更不能实现,为捕捉到较窄的回波脉冲,一些单位提出采用高速采样方式采集回波脉冲,但止于较低频率,且仅限于实验系统[6,7,8,9,10],无法满足应用需求。

针对这一现状,本文利用高速AD采样技术结合FPGA的快速数据处理能力,设计了一套全新的回波信号检测处理系统,很好的解决了在信噪比较低、信号的脉宽较窄、幅值较小时,准确提取回波信号,并且较为精确的计算主波与回波之间的时间差。该系统中采用了采样率高达1GHz的高速AD芯片(ADC08D1000)和Altera公司Stratix II系列的快速FPGA芯片(EP2S60)来实现高速采样与数据处理,有效地提高了测距精度。下面将系统的设计与实现进行详细阐述。

1 高速采样子系统设计

为实现对激光回波信号的数字化接收,首先设计了一个AD采样子系统,其框图如图2所示。该子系统中,通过外部时钟信号控制AD模块的采样频率,对采样数据用差分形式输出以提高抗干扰性能,同时输出伴随时钟信号,达到对采样信号多路输出进行相位锁定的目的。

为提高测距精度,将尽量压缩激光脉冲的宽度,如正在研制的远程测距机系统中,激光脉冲宽度仅为5 ns,这就要求采集回波信号时AD采样率非常高,通过多方比较,系统最终选择了国家半导体公司的双路1 GHz采样率的高速AD芯片,该芯片的基本结构如图3所示。

该AD芯片集成了两路可以单独使用的AD通道,每路输入分别对应两路差分信号输出,共计有四路输出。时钟的输入输出端也采用差分方式,同时具有伴随时钟输出,可以完成输出信号的相位锁定功能。

AD芯片通过控制端选择工作模式,其中,DES控制端为双沿采样模式,当时钟为1 GHz时,输入信号在时钟的上升沿和下降沿都被采样一次。在该工作模式下,两路输入信号对应四路输出信号,输出信号频率降为500 MHz。PD与PDQ控制端分别控制AD芯片的I端与Q端是否处于省电模式,较好的利用PD与PDQ端,可以有效地控制AD芯片的功耗,达到降低系统功耗的目的。

选择好AD芯片后,需要解决的首要困难是为AD芯片提供一个稳定的1 GHz时钟。本系统采用外部电路的方式来产生该时钟信号,而不用FPGA内部倍频。该时钟电路由外部晶振、锁相环、压控振荡器等器件构成,通过对锁相环的控制来调整输出的时钟频率,从而实现1 GHz的时钟,锁相环使用LMX2312芯片,压控振荡器使用VCO190芯片,其设计原理图如图4所示,图中PLL_SCLK,PLL_SDATA,PLL_LE三个控制端由FPGA产生,OSCin为外部低频晶振输入。实验证明,外部电路方式产生的时钟较FPGA内部PLL倍频产生的时钟频率更加稳定。

将产生的差分时钟信号送入AD模块的时钟输入端,通过FPGA控制AD的采样时序,即可实现正常的采样功能。

2 高速采样数据接收、处理子系统设计

为与高速AD配合良好,数据接收、处理系统也必须达到相应的响应速度。目前常用的单片机和DSP芯片远远达不到这样的速度要求。为此该子系统中采用高速FPGA作为接收处理芯片,经过比较,最终使用ALTERA公司的Stratix II系列芯片,该系列芯片资源丰富、数据处理速度快,时钟速度可以达到550 MHz,并最多带有12个PLL,内部存储器高于9 M比特位,完全能够满足系统要求。

Stratix II系列FPGA的最大优点是:拥有带DPA(Dynamic Phase Aligner,动态相位校准)的高速差分IO端口,接收数据的频率可达1 040 MHz,该端口分两种,一种是差分接收端口,另一种是差分传输端口。差分接收端口用于接收快速差分输入信号,如高速采样AD的输出信号,差分传输端口用于芯片本身输出。本文的设计中没有用到差分传输端口,差分输入端必须由PLL为其提供相位时钟。

采样子系统中AD芯片输出的采样数据,直接进入FPGA的专用差分接收端口,然后通过双端RAM存储。

3 整系统设计实现

经以上两部分的分析与设计得出,系统总体设计框图如图5所示。

FPGA发出控制信号PLL_clk、PLL_data、PLL_le分别控制外部锁相环的PLL_SCLK、PLL_SDATA、PLL_LE端,使其产生1 GHz时钟信号。设计原理图如图6所示。

由框图可见,系统的关键部分在于FPGA对外部时钟电路、AD模块控制与高速差分数据接收。系统控制与数据处理的设计流程图如图7所示,程序开始即对AD与外部时钟电路进行配置,接着对LVDS端口的dpa复位,完成后等待接收写控制信号,一旦接收到写控制信号,就对数据进行接收存储,接着进行FPGA的后续处理,包括数据存储、读出、重组、计算距离等处理。

FPGA的差分接收模块设计通过QUARTUS II 8.0软件调用LVDS内核实现,设计中需选择LVDS接收模式和DPA模式,再选择相应的通道数与反串因子即可。LVDS端口的原理图设计如图8所示。

设计完毕后,程序中例化即可使用,下面是FPGA接收AD某一端的并行数据的例化代码:

数据的整合处理即将差分端口接收到的64位串行数还原成8个8位并行数,这也是该款FPGA的特点之一,串转并大大提高数据的接收速率,具体代码如下:

因此在图9的上层设计原理图中,可以看到数据的输入为16位,输出为8位。

数据接收完成后,通过编程先将数据存储到双端RAM中,再以较低频率将RAM中的数据读出进行后续处理,从而准确地判别回波信号,自动设置阈值,达到提高回波检测精度和距离判别准确度的目的。

4 实验结果

将设计系统应用到实际高精度测距机系统中,并进行了大量实验,多点测量的数据及误差分析如表1所示,表中是测距机分别在不同距离点上测量的数值,单位为米,std表示标准值,max表示测量数据的最大值,min表示最小值,aver表示平均值,E_pp表示最大值减最小值,δ表示标准方差。

实验结果其中两组测量数据曲线如图10,图11,其中纵坐标为测距距离,横坐标为测距重复次数。

m

5 结论

针对激光测距机中回波信号信噪比较低的情况,以国家半导体公司的采样率高达1 GHz的高速AD芯片、ALTERA公司的Stratix II系列FPGA芯片作为核心器件,设计了一套包括高速AD采样子系统、高速采样数据接收处理子系统的回波检测判别系统,并在高精度激光脉冲测距项目中进行了应用。实验证明此设计大大提高了激光脉冲测距机精度,由传统测距机米量级提高到毫米量级,实现了±20 mm测距精度。

参考文献

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激光热处理技术 篇8

关键词：无线激光,通信图像,去噪处理技术

人们应用光通信足有上千年历史, 由古代借助烽火传送信息, 至近代军队旗语, 均属于光通信基础应用, 而现代光纤通信却把光通信向更新高度推进。因为光纤通信具有较高通信码率因此也受到人们广泛青睐, 和微波通信比起来, 光通信与灵活通信方式某种程度上来说仍然是不可被取代的。但无线激光通信却融合光纤通信与微波通信共同优势。可以说无线激光通信属于包含众多领域综合技术, 关键技术包含两个层面:

(1) 远距离的激光信号接收和发射技术。发送与接收信号距离由上千万米空间的激光通信至几十千米地面的激光通信不等;

(2) 激光信号捕获与自动跟瞄相关技术。而也正是因为无线激光通信相关技术的不断发展, 为人类通信事业做出了不小的贡献。

1 浅析图像去噪处理技术

1.1 无线激光通信图像去噪技术

最初无线激光通信和无线电系统结构是基本一致的, 主要包含有接收与发射两部分。以发射部分为例, 等到传送信号经编码器进行编码以后, 加载至调制器激励器上, 就会见到调制器激励电流伴随信号变化规律而改变, 激光器输出信号通过调制器的调制, 相关参数也会按照相应规律发生改变。最终通过光学天线转变成发散角较小已调光束朝空间发射。无线激光通信图像去噪处理归为图像恢复技术范围, 实践应用时主要呈现下述几方面内容:

(1) 基于不同成像机理效果, 借助数字图像处理获取初始图像内包含大量性质不同噪声, 该噪声某些方面也对人们理解和处理图像信息构成极大干扰, 让图像储存信息本质意义丢失, 形成消极影响, 所以, 此时通过提前预处理图像, 会让人们对图像信息更好进行识别;

(2) 图像预处理时期, 需要对包含噪声图像做标准图像配准和提取, 这样可以让实践应用时图像去噪相关技术更好发挥效能, 经针对图像预处理, 提升人们对信息视觉识别精准性, 以确保图像信息存储效果。

1.2 无线激光通信图像空间域的去噪方法

空间域处理具体是指针对图像的空间域予以去噪方面的处理, 具体的办法可以按照操作流程进行两类划分, 也就是变换域法和空间域法。

(1) 变换域法是指操作人员经处理像素点周边区域相关空间域加以计算, 因而也叫做局部运算方法。在实际应用变换域法时, 需要针对图像变换域计算和处理, 凭借对变换后系统数恰当处理和调整, 以实现图像去噪效果, 对图像信息存储效果起到切实改善作用, 辅助人们对图像中蕴含信息更好加以理解;

(2) 空间域法是指操作人员针对原图像前提下对数据直接进行运算, 针对于运算结果方面做数据比对和详细分析, 同时对于像素灰度值予以处理和计算, 联系原图像运算结果对比两者差异性, 予以去噪分析处理。处理像素灰度值时, 还可把它做更细致划分, 分成具体的两部分:一是对图像逐个逐点运算;二是在原图像空间域做像素点运算。两种方法均可计算像素灰度值, 借助变换以后系统处理, 从而达到空间域去噪效果。

1.3 无线激光通信的图像变换域去噪办法

图像的变换域处理是指结合无线激光通信去噪处理方式针对变换域噪声进行处理。实践方面主要经变换图像某种操作, 凭借把空间域替换成变换域, 接下来再把变换域内系数做适度调换和处理, 这样反复替换, 以实现消除图像噪声目的。变换域去噪处理方法存在非常明显应用特征, 主要经对二维离散型傅里叶转换定义和变换性质加以研究, 二维基础上, 分析图像中尺度、卷积、线性、位移和其它相关内容, 基于规范计算公式基础上, 做离散信号计算, 判断离散信号间关系, 生成幅度谱, 进一步直接解释数字域当中获取结果, 以此去噪处理图像的变换域, 让图像处于二维状态下得以优质显现, 让人们对图像中包含信息有更好的认知。

2 低通滤波和高通滤波结果分析

在无线激光通信阶段, 信息传递过程中图像通常都会受多因素干扰及影响。凭借对典型空域滤波方法深入探究, 在存在噪声图像当中结合高通滤波和低通滤波, 让原先图像轮廓去噪办法得到恢复, 拿高斯噪声举例, 空域滤波方法当中, 找到一种切实有效去噪办法, 以此提升图像信息的识别率。按照以上图像除噪声方法实践应用研究, 滤波效果和所选取模板是存在直接关联的, 也就是说实践应用时不论选择中值滤波方法亦或邻域滤波方法, 通常图像轮廓都会变得越发模糊。实际应用高通滤波方法时, 图像渐渐呈现出锐化, 而图像的轮廓也越发清晰化。联系以上研究结果, 我国未来针对图像进行去噪时需要积极结合高通滤波方法和低通滤波方法的手段, 并在反复验证下选择高斯噪声去除最有效的方法, 彻底及时帮助图像消除噪声。

3 结语

综上所述, 无线激光通信具体技术主要包含如下几个层面:光源与高码率调制相关技术;快速精准收集、跟踪与瞄准技术;高灵敏抗干扰光信号采集技术;可靠、精密与高增益收发天线等。本文还针对无线激光传输图像信号噪声处理开展深入研究。传递图像信号过程中也势必会由于噪声影响让图像失真或者是变形。而想要让含有噪声图像越发清晰化, 本文也针对几种去噪方法展开了研究。当前图像去噪手段也基本可以分为变换域法与空间域法两类, 区别是前者在图像变换域上处理, 对于变换后系数做相应处理, 接下来再做反变换而至图像去噪效果;后者一类是主要处理像素点周边区域相关空间域加以计算, 因而也叫做局部运算;而另一类针对图像逐点计算, 所以也叫做点运算。通过以上两类去噪方法也最终很好的实现了去噪的效果。

参考文献

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激光热处理技术 篇9

随着工业激光器的发展, 激光焊接已经成为工业生产中的一项常用技术, 在某些领域中, 激光焊接已经取代了一些传统的焊接方法。

目前, 焊接热处理已广泛应用于电力、石油、化工、船舶和核工业等领域的焊接过程, 为保证焊接质量起到了积极的作用。特别是推行ISO9000标准的单位, 由于热处理对焊件结构影响的特殊性, 一般均将热处理作为特殊过程而加以控制。此外, 由于热处理一般是影响焊接结构质量的最后工序, 所以, 对焊接热处理进行质量控制与考核对保证焊接质量有重要的实际意义。

焊接热处理质量控制是焊接质量控制的一个重要组成部分, 热处理作为一个独立的工序, 有其自身的工序特点。因而搞好热处理的质量控制是保证焊接质量控制的关键之一。

2 热处理质量控制的必要性

1) 母材、焊接材料质量的不均匀性, 主要反映在化学成分上的不均匀, 从而导致焊接接头的组织偏析和机械性能上的不均匀性。焊接热处理质量监督多采用硬度检验的方法, 硬度评定标准均以母材硬度为依据。所以, 这种不均匀性会导致检验标准的不确定性。

此外, 这种不均匀性还影响对焊接接头抗裂性的评定。一般用热影响区最高硬度作为评定焊接接头抗裂性的一项指标。如对σb=50~60kgf/mm2的钢材。

式中Hmax为热影响区的最高硬度。

Ceq为碳当量 (Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/5)

2) 工艺评定的局限性和不完善性, 主要是试验室评定与现场施工条件的差异, 短焊接试样与实际焊接结构的不一致 (如:电站焊接现场热处理采用的远红外电加热, 属外伸构件的加热, 与整体加热不同) , 少量试验与大量施工的不一致等, 使得在试验室评定合格的工艺在实际施工中引起新的问题。

3) 焊接过程的不稳定性与接头淬硬的可能性。特别是手工焊接, 使得接头质量的不稳定性更为突出。从质量控制考虑, 不希望得到淬硬组织。不同的组织状态对质量控制有不同程度的影响, 按其严重性程度排列为:M-B-T-S-P-F。避免淬硬组织, 削弱这种不稳定性对组织和性能的影响, 正是热处理工作的主要任务, 也是热处理质量控制的主要目的。

4) 焊接过程中不可避免的缺陷, 主要是组织和性能上的缺陷, 如成分, 组织的不均匀性, 应力集中, 过热组织等, 均需通过热处理的手段来改善。

5) 管理上的问题, 事实上这一问题更为突出。如英国管理学会在1970年对质量事故的统计分析指出, 因管理因素 (包括质量管理, 技术管理, 生产管理, 计划管理) 造成的事故占88%。因而, 要确保产品质量, 不单要靠先进的技术, 更重要的是抓好管理。

为此, 国际焊接学会第Ⅺ委员会的质量保证工作组对焊接质量控制作出了具体的规定, 并把热处理的控制规定了四个检验要点。国内的各有关标准, 如SD340-89, DL5007-92等对焊接热处理的工艺, 检验, 评定等方面都作出了相应的规定[9]。

高速钢与弹簧钢焊接过后, 使用能谱仪对焊缝中心观测, 如图1所示。在热循环过程中, C、Cr、Mo等元素发生了由齿材高速钢向焊缝中心区的扩散, 焊缝中其元素含量明显高于母材高速钢, 同时焊缝中W、V含量受到熔池稀释作用含量较母材低。W在焊接过程中, 易于C形成含W碳化物, 且该碳化物熔点较高, 在焊接过程中不易被溶解。表现为未熔碳化物。V、Mo、Cr元素为强碳化物形成元素, 在扩散过程中, C与它们的亲和力较强, 且C浓度越大, 越易于这些元素结合形成碳化物。

3 焊缝区显微硬度分布

对焊后材料进行硬度分析, 实验用设备为DHV-1000数显显微硬度计, 如图2所示, 两材料对应区域维氏硬度相差不大, 最高硬度出现在高速钢熔合区, 主要相为高碳马氏体。热影响区发生相变, 碳及合金元素从马氏体和残余奥氏体中脱溶, 析出高弥散性的碳化物, 发生马氏体二次硬化, 故此区域硬度值也很高。

4 试件退火保温时间对焊缝硬度的影响

两种不同组织的材料经过焊接后, 在齿背材组织不恶化的前提下, 通过退火消除焊接残余应力、降低焊缝维氏硬度, 为后续的轧平校直和洗齿及最终热处理作相关的准备。查阅相关高速钢和弹簧钢热处理工艺资料, 确定齿材高速钢和背材弹簧钢的奥氏体化温度分别为850℃和755℃。根据现有退火工艺, 选择先加热到低于奥氏体化温度后进行保温。根据保温时间的同观察退火后试件焊缝的实际情况。退火设备为RJX49箱型电阻炉最高温度1000℃。

退火前焊缝维氏硬度为879HV, 然而保温2h后迅速降至365HV, 此后保温时间逐渐增加, 但齿部硬度变化却很小, 直至保温10h后, 齿部最终硬度为309HV。背部硬度也有类似规律, 如图3所示。

退火试件在保温初期, 再结晶发生软化而导致硬度急剧下降, 随着保温时间的延长, 再结晶完成的同时硬度基本不再发生变化。退火后焊缝组织均匀, 焊缝中心区碳化物出现颗粒球化现象, 退火后的焊缝处晶粒多为柱状晶, 且沿着熔合线界面方向均匀分布。

5 结论

由于激光焊接的加工特性, 高速钢与弹簧钢在焊接时表面温度骤然升高后又在空气中冷却, 相当于将材料淬火, 且在焊接中, 不同元素之间的流动性增强, 会在部分区域内出现碳化物, 碳化物的形成提高了组织材料的硬脆行, 容易开裂, 这在加工生产中是不允许的, 故焊接后的热处理是十分必要的, 论文研究发现在加热到850℃后冷却2h时材料的组织性能最优且趋于稳定, 为生产加工提供了一定的技术理论支持。

参考文献

[1]祁峻峰, 牛振, 张冬云, 等.双金属带锯条异种接头的CO激光焊接试验研究[J].中国激光, 2007, 34:314-318.

[2]田燕.焊接区端口金相分析[M].机械工业出版社, 1992, 23.

带钢激光焊机常见故障分析和处理 篇10

激光焊机是集光学、电气、机械、自动化等一系列前沿科技于一体的设备。目前, 国内大型钢铁企业在酸轧线、镀锌和连退线上普遍使用德国Miebach公司的激光焊机, 其结构如图1所示。

1.焊接小车2.双刃剪驱动装置3.高精双刃剪切机4.带钢边缘检测5.焊接边缘定位6.激光导向系统7.激光焊头8.碾平辊9.激光支撑辊头10.加热装置11.冲孔装置12.焊接小车驱动装置13.剪切废料输出

激光焊机的主要工作流程:前卷带钢末端到达高精双刃剪位置—对中并被压紧—后卷带钢头端到达高精双刃剪位置—对中并压紧—高精双刃剪切机同时对带钢末端和头端进行剪切—高精双刃剪切机退出—后卷带钢前进与前卷带钢完成对缝—完成激光焊接—冲孔—月牙剪剪边—整个焊接系统退回原位准备下一个焊接流程。

二、常见设备故障及原因分析

某大型钢铁企业于2003年从德国引进激光焊机用于酸轧线的带钢拼焊, 在长期的使用、维护、保养、维修过程中, 对故障判断及处理积累了大量经验, 分析如下。

1. 高功率连续CO2激光器

(1) 抽气阀损坏, 激光器真空腔漏气导致激光器功率下降。CO2激光器的工作物质是按一定比例的混合气体, 其主要由CO2、He、N2等组成。其中CO2为激光物质, 其他气体为辅助气体, 其作用都是为了增强激光的输出。由于抽气阀损坏, 激光器腔体漏气, 改变了工作气体的比例, 导致激光器功率下降, 通过更换抽气阀后, 故障排除。

(2) 激光器输出镜污染, 导致光束发散角增加, 产生自聚焦效应。输出镜的作用是构成激光谐振腔、维持激光输出, 以及将激光谐振腔与大气隔绝开来。因此, 工作条件最为恶劣, 极易被污染。输出镜的内表面污染主要来源于激光工作介质和阴极放电的溅射物;外表面的污染主要来源于空气中的灰尘, 具有随机性和非普遍性。输出境污染后, 由于输出镜的聚焦效应, 首先将导致激光功率大幅降低;其次远场光束直径变小, 聚焦光束直径增大, 功率密度降低 (图2) ;再次聚焦前光束直径变小, 聚焦镜承受的功率密度增大, 使聚焦镜产生热透镜效应, 聚焦焦点发生偏移 (图3) 。这些故障直接影响焊机功率发挥, 导致焊接质量不稳定。

(3) 解决措施: (1) 向激光器输出镜的外表面吹氮气, 一方面使激光器工作时输出镜产生的热量被带走, 另一方面使激光器输出镜的光路部分产生正压, 减少激光器的输出镜故障发生几率。 (2) 保持光路密封, 并使光路内外有一定压差, 避免灰尘进入激光器污染镜片外表面。

2. 光路

激光焦点偏离焊缝故障。激光聚焦后, 焦点尺寸非常小, 一般为0.1～0.2mm, 因此对激光焦点与焊缝的重合度提出很高的要求。有两个部位易导致激光焦点偏离焊缝。

(1) 聚焦头移动导杆螺栓松脱, 降低聚焦头的重复定位精度。这种情况多由焊机本身和周边机组的振动所致, 定期采取措施紧固螺栓即可解决。根据经验, 规定每年开盖检查聚焦导杆是否松动并拧紧加油。

(2) 焊接小车行走轮容易损坏, 导致聚焦头在带钢宽度方向作直线行走时, 行走方向的偏移量超出允许范围。这是因激光器焊接小车平面重量分布不均衡, 造成小车两侧走轮损坏或者磨损量不一致所致。可以在焊机上加装一条小车行走轨道, 给小车一个辅助支撑即可解决。

3. 制冷

(1) 焊机冷却水流量故障。可以通过冷却系统进出口的水压差判断过滤网是否堵塞, 压差超过0.1MPa就必须对过滤网进行清洗更换。为了防止这种故障发生, 通常每周应对过滤网进行检查并及时处理。

(2) 焊机冷却系统压力报警。焊机冷却系统的冷却原理是当压缩机启动后冷却回路的压力超过0.3MPa时冷却风扇启动;超过0.4MPa, 进入强冷模式。但由于我国大部分地区夏天环境温度较高, 造成压缩机系统回路温升过快、冷却回路跳闸。因此, 可对冷却系统的控制电路进行修改, 使焊机冷却系统与冷却风扇同时运行直至焊机工作完成。

4. 拼缝和焊接

(1) 拼缝间隙过大。由于激光束聚焦后光斑直径较小, 若板材间加工间隙过大, 激光束易从间隙中漏过, 无法形成焊缝, 一般要求两个待焊的钢板之间拼缝间隙在0.1～0.3mm或者是钢板厚度的10%以内。所以板边剪切断口比例不得低于70%, 撕裂部分不高于30%。

(2) 拼缝错边过大。钢板拼缝时不应该存在错边, 否则焊缝结合面就会减小, 降低了焊缝的力学性能, 一般要求错边小于带钢厚度的10%。压紧夹钳液压缸连接部位磨损及传动位置精度不足都会导致夹钳部位带头和带尾的上翘或下挠, 致使拼缝错边过大。解决措施是每半年检查一次, 4个夹钳液压缸连接销轴, 跳动值应<0.05mm。

(3) 焊缝在操作侧开裂。开裂的原因有4种: (1) 出入口夹钳操作侧的夹紧缸和移行缸的定位精度较差。解决措施是更换夹钳操作侧的移行缸, 修正机架夹钳及焊接小车的行走等设备参数; (2) 焊机剪刃的剪切质量不符合要求。解决措施是对焊机的剪子磨削质量进行跟踪和把关; (3) 来料的板形、凸度、边降不符合要求。解决措施是调整加大入口夹钳的夹紧缸压力; (4) 五辊矫直机等辅助设备对带钢末端和带钢头端区域板形的改善效果未达到要求。解决措施是对五辊矫直机的矫直效果进行优化改进。

5. 其他故障

(1) 焊机小车行走跑出极限位置。机械动作误差的积累造成了电气程序判断失误, 导致动作异常故障。针对这个问题, 由电气专业人员对焊机动作程序进行修改, 只要机械动作超过了焊机小车动作的正常范围, PLC发出指令, 让焊机小车进行动作直至回到正常范围。

(2) 小车行走速度不均。焊接小车行走传动丝杆操作侧轴承磨损, 应更换轴承。

(3) 出口夹送辊经常定位不准。夹送辊旋转编码器固定螺丝松, 应上胶和加锁紧碟璜。

(4) 横向压紧辊经常不动, 横向辊汽缸不能复位。气动比例阀密封磨损内泄, 应更换密封。

(5) 夹送辊汽缸运行行程不当, 轴承冲击加大, 经常损坏轴承。适当调整夹送辊汽缸行程即可。

(6) 焊机送丝装置送丝时不稳定。应对焊机送丝装置滑道进行清洗, 调节送丝汽缸压力。

(7) QCDS系统显示焊接参数值失真, 无法对焊缝质量进行有效判断。应更换QCDS摄像头电缆并加电缆保护套管。

参考文献

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激光技术的全新视觉感受 篇11

显示技术已完成了由阴极射线管显示向以薄膜晶体管液晶显示技术和等离子体显示为主流技术的平板显示器的过渡，目前，显示技术处于多种技术并存、新型显示发展迅速的黄金阶段，宽色域、高分辨、大尺寸、低功耗正成为显示技术的发展方向。“激光显示最突出的特点就是色彩优势，激光显示的色域空间比传统显示技术的色域空间大两倍以上，能更好地再现自然界的色彩。”在谈到激光显示的优势时，毕勇首先提到这一点。在他看来，以投影技术作为未来消费类家庭影院的显示终端，主流很可能是以激光光源为主，激光显示技术的发展前景非常光明。

毕勇，中国科学院光电研究院光电系统工程部研究员，北京中视中科光电技术有限公司总经理，“十一五”国家重点项目总体专家组专家。主要从事全色激光显示技术、大功率全固态激光器系统技术与应用和非线性光学频率变换技术等方面的研究。

毕勇及其团队的研究工作主要集中在四个方面：光源技术，着力研发小型、低成本、高效率的红绿蓝光源模组，研制出了15瓦的光源模组；散斑消除技术，已获得10余种散斑消除技术专利，并开发出散斑测量仪器；在色彩空间坐标系下推导出新的色彩管理方程，使颜色算法从线性节点算法变为非线性映射关系；围绕工程化展开工作，合成了500瓦的激光输出，在高流明激光投影放方面，做到了45000流明的输出，在关键元器件的抗冲击震动、抗高低温存储、抗高低温冲击、防潮等方面做了很多工作，对工程应用有重要意义。

“十一五”规划中，激光显示技术被列为重点专项，毕勇作为“十一五”国家重点项目专家组专家，主持参与了多项重要技术的研发，取得了多项成果：首先，在低成本、大尺寸的激光晶体和非线性光源晶体制备中，将LBO晶体做到1千克以上甚至两千克，比传统的200克大了近10倍；其次，在半导体材料和器件方面，突破了TM模式近红外半导体的设计、开发和制备，完成短波长635纳米的红光半导体器件的研发，解决了我国红光半导体和红外半导体器件的国产化问题，降低了生产成本；第三，激光技术方面，开发小体积15瓦的光源模组，电光转化效率高达16.6%，有利于激光显示技术国产化、构建自己的产业链和产业群；第四，终端产品方面，开发出两款1000流明的激光投影仪和10000流明的激光高亮度投影仪以及65英寸和71英寸的激光电视产品。

虽然我国激光显示研究的技术水平发展迅速，但毕勇也清楚地看到问题和不足。“国内在成果转化和产业化方面，与国外相比，还存在着一定的差距。”他解释说，造成我国激光显示产业化水平较低的主要原因在于，我国对激光显示的研究主要还是高校和科研院所在做，短时间内很难实现以企业为主体，产业化水平较低。因此，毕勇及其研究团队在“十二五”期间的主要目标就是努力搭建激光显示产业群，构建完整的产业链。

激光热处理技术 篇12

DZ125L是中国自主研发的第一代采用低偏析技术制造的高性能定向凝固薄壁空心叶片镍基高温合金,主要应用环境为推重比7~8涡转发动机一级涡轮叶片,工作温度1000℃以上,具有良好的高温使用性能。它是一种沉淀强化型合金,铸造组织主要包括:γ基体,强化相γ′(Ni3(Al,Ti)),共晶γ/γ′和MC碳化物。其中强化相γ′和MC碳化物的形态和分布对合金高温性能具有重大影响[6,7]。

激光金属成形(Laser Metal Forming, LMF)技术是20世纪90年代初发展起来,是将计算机中CAD模型进行“分层”,“切片”处理,然后逐层堆积,形成无模具,近净成形零件的一种先进制造技术。这种工艺成形熔池小,冷却速率高,温度梯度高达105 ~107℃/m,可以成形具有外延生长定向快速凝固特点的组织[8,9,10]。本研究探求采用此种方法制造高温合金零件,但由于激光金属成形过程的中快冷快热,造成应力集中和组织的亚稳定,使得成形零件直接使用受到限制,因此后续热处理是十分必要的。国内外对激光金属成形方法的后续热处理还没有深入的研究,而针对激光金属成形DZ125L后续热处理方面鲜见报道,研究讨论了5种不同的激光金属成形DZ125L后热处理工艺件的组织特征及硬度分布。

1 实验

1.1 实验设备及实验材料

实验是在自主开发的激光金属成形系统(如图1所示)上进行的,保护箱内通氩气,用以保护熔池不被氧化。实验所用DZ125L粉末为中科院金属研究所开发的超声气体雾化粉末,粉末粒度为(-100~+325)目;基板材料为316L不锈钢,化学成分分别见表1和表2。

1.2 实验步骤

实验前将粉末置于真空干燥箱中加热150℃,保温24h;基板用砂纸打磨,并用丙酮和酒精清洗。根据表3所示工艺参数制备试样。根据铸造标准热处理工艺(均匀化处理1220℃/2h,氩冷→固溶处理1080℃/4h,氩冷→时效处理900℃/16h,氩冷)制定不同试样热处理处理方案,见表4。实验后使用线切割切取试样,并清洗、镶嵌、抛光、腐蚀(腐蚀剂20g CuSO4·5H2O+5mL H2SO4+50mL HCl+100mL H2O)。采用光学显微镜(KEYENCE VH-8000),扫描电子显微镜(QUANTA-400F)以及成分分析仪,XRD设备(D/max2400)观察和分析试样。使用MH-5型显微硬度计(维氏压头)分别测量试样的显微硬度,载荷200g,加载时间20s。

2 结果与讨论

2.1 光学显微镜下组织形貌

图2为不同试样在光学显微镜下组织形貌图,如图2(a)所示,激光金属成形形成冶金结合,组织致密,经测量一次枝晶间距约为5μm。这主要是由于激光金属成形温度梯度高,依据枝晶生长理论[11],枝晶平均一次间距(λ1)与凝固速率(V)和温度梯度(G)之间存在近似关系:λ1∝V-aG-b(a,b为与合金有关的常数)。因此晶粒间距细小,这样十分有利于力学性能的提高。从图中可以看出只有图2(d)发生变化较小,其余均无法观察直接成形原始组织,说明热处理对组织影响较大。

2.2 扫描电镜下组织形貌

图3为1#试样SEM组织形貌及EDS分析图,从图3(a),(b)可以看出1#试样中在晶界析出大量不连续点状白色物质,从图3(c)中通过EDS测量可以看出Ta 20.14%,Ti 6.53%,W 14.48%(质量分数)含量较高,可推断为MC碳化物,尺寸不到1μm;图3(d)对区域1 EDS分析可知为过饱和固溶γ基体。通过如图4 XRD分析结果可以进一步证实。

这些MC碳化物主要是合金元素容易在晶界处富集,凝固后期溶质残留在液相中通过共晶转变而来,在晶界成点状析出。由于激光金属成形组织处于严重非平衡状态,凝固速率大,形成了过饱和固溶体,γ′相来不及析出,受到抑制。由于强化相γ′无法析出,脆性MC碳化物在晶界析出过多,必然无法满足高温合金使用要求,需进行后热处理。

通过EDS测量可以分析得知在晶界析出大块黑色物质成分与基体相差不大,可推断为γ/γ′共晶化合物,白色物质为MC碳化物;在晶粒内部白色链状织构为初生γ基体,黑色物质为沉淀强化γ′相。从图5 (a)可以看出,2#试样虽然只经过均匀化和空冷,仍然析出了大量立方形态的γ′,这主要是由于AD组织过饱和固溶度很大,组织处于亚稳定状态,在空冷过程中,析出了与基体共格的强化相γ′。从图5(b)可以看出,3#试样中γ/γ′共晶化合物粗大,组织形态不均匀,成树枝状,分布着一次γ′和二次γ′,主要是由于AD组织本身较为均匀,而固溶时间相对较长,在空冷过程中组织发生变化。从图5(c)可以看出,4#试样中在晶界同样析出块状γ/γ′共晶,析出有限的γ′相,组织相对均匀。从图5(d)可以看出,5#试样中γ′析出很少,点状MC碳化物消失,这主要是由于没有经过均匀化或者固溶处理,无法给γ′析出提供足够的形核率。从图5 (e)可以看出,6#试样中析出了大量的γ′,同时γ/γ′共晶在晶界析出,粗大,说明直接采用铸造热处理工艺应用与激光成形不合适。

对比图5(c),(d),(e)可知,直接进行时效处理无法析出大量γ′,对比图5(b),(c)可知,时效处理对γ′析出数量影响没那么明显,这主要是γ′形核发生在均匀化处理和固溶处理后,时效过程主要是促进γ′长大;由于AD组织均匀,过饱和度大,可以适当减少时效时间,但均匀化和固溶处理仍然十分必要,这对减轻元素W,Mo,Ti,Al等元素偏析程度和促进沉淀相γ′形核有利。对比试样图5(a),(b),(c),(e)可知,在晶界处可见大块γ/γ′共晶,由于共晶熔点低,容易成为裂纹源,对性能十分不利,需要严格控制共晶尺寸和数量,因此需要控制均匀化和固溶的时间。

2.3 显微硬度

从图6中可以看出1#试样硬度最高,3#试样硬度最低,其余试样硬度相差均为20HV左右。这主要是激光金属成形组织致密,枝晶间距小,过饱和强化和MC碳化物强化相在晶界大量析出,显著提高了显微硬度。而3#试样硬度最低,主要是由于强化相γ′析出有限,且γ/γ′共晶粗大,组织呈现树枝状,造成沉淀相和基体共格减弱。其余相差20HV左右,是允许误差之内,这主要是由于其余试样强化相相差较小。

3 结论

(1)激光金属成形组织细密,一次枝晶间距约5μm,形成过饱和固溶体且抑制γ′相析出,在晶界析出点状不连续MC碳化物,无法满足高温合金使用要求,需进行必要热处理。

(2)采用铸造标准热处理工艺无法满足要求,其中均匀化和固溶处理十分必要,但需要控制相应时间,可以适当减少时效处理时间。

(3)未经过热处理显微硬度比经过热处理要高,主要是由于组织细密,MC碳化物及强化相大量析出引起。

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