[发明专利]一种轴承表面无回火软带的激光淬火装置及方法

说明书

本发明公开了一种轴承表面无回火软带的激光淬火装置及方法，该装置包括激光器、光束传输系统、激光加工头和机械手臂，激光器发出的激光光束依次经过光束传输系统、激光加工头到达轴承工件，机械手臂控制激光加工头的平移和旋转，使到达轴承工件的激光光斑能够覆盖工件的表面；激光加工头包括第一透镜、第二透镜、扫描振镜和平场聚焦透镜，激光器发出的激光光束经过光束传输系统进入激光加工头后，在激光加工头中依次经过第一透镜和第二透镜到达扫描振镜，被扫描振镜反射改变方向后透过平场聚焦透镜到达轴承工件。利用激光光束整形和振镜扫描加工方式激光直接高速扫描辐照轴承表面，达到淬火的目的，能实现无回火软带、超硬化层深、宽幅面的效果。

技术领域

本发明涉及表面激光淬火技术领域，尤其涉及一种轴承表面无回火软带的激光淬火装置及方法。

背景技术

激光淬火也称为激光相变硬化，是一种应用于金属表面热处理技术。其主要过程就是利用高能量密度的激光辐照具有相变点的铁碳合金表面，金属表面温度急速上升达到相变点以上，产生奥氏体组织，而后通过工件自身热传导快速冷却获得细小马氏体的高硬化层。激光淬火不需要水或油等冷媒冷却，是一种自淬火工艺技术，加工形式灵活、高效，得到的金属表面的硬度、抗磨损、抗疲劳性能都很大程度的改善，并被广泛应用于现代工业领域当中。

但是，在现有激光淬火工艺技术中，当需要淬火的工件表面大于激光光斑或需要进行大面积的淬火时，就需要采用多道扫描的方法对工件表面进行淬火。而在进行多道激光扫描时，相邻的两条硬化带会存在一定程度的搭接，前一道激光硬化带的部分区域会被与其相邻的后一道激光二次加热，已经形成的马氏体组织在被二次加热后转化为硬度较低的回火马氏体，因此，经过多道扫描淬火的工件会存在回火软带，从而造成淬火硬化层的不均匀。对于轴承这种表面硬度要求一致性高的工件，局部软化区域的情况不允许的。同时现有的激光淬火方法大都是利用工件在工作台上的平移或转动来实现淬火的过程，这类方法存在淬火效率低、光斑轨迹变换形式不够灵活多样，对曲面型工件表面适用性不好。且采用的多是激光器直接发射的原始光斑，光斑能量分布中间高边缘低，致使淬火层深不均匀等局限性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明目的在于，提供了一种轴承表面无回火软带的激光淬火装置及方法，以解决多道扫描淬火的工件存在回火软带，淬火硬化层不均匀，淬火层深不均匀的问题。

(二)技术方案

针对上述所要解决的技术问题，本发明提供了一种轴承表面无回火软带的激光淬火装置，该装置包括激光器1、光束传输系统2、激光加工头7和机械手臂8，激光器1发出的激光光束依次经过光束传输系统2、激光加工头7到达轴承工件9，机械手臂8控制激光加工头7的平移和旋转，使到达轴承工件9的激光光斑能够覆盖轴承工件9的整个表面，其中：

所述激光加工头7包括第一透镜3、第二透镜4、扫描振镜5和平场聚焦透镜6，激光器1发出的激光光束经过光束传输系统2进入激光加工头7后，在激光加工头7中依次经过第一透镜3和第二透镜4到达扫描振镜5，被扫描振镜5反射改变方向后透过平场聚焦透镜6到达轴承工件9。

其中，所述激光器1是千瓦级连续激光器，其输出功率1～10kW可调。

其中，所述第一透镜3和第二透镜4组成透镜组，对激光光束进行整形，将圆形激光整形成矩形光斑，光斑能量由近高斯分布改为平顶分布。

其中，所述扫描振镜5能够旋转一定角度，并配合机械手臂8控制激光加工头7的平移和旋转，使光斑在轴承工件9表面移动，实现对轴承工件9整个表面的线性来回高速扫描，扫描速度V在1000mm/min～10000mm/min。