[發明專利]一種激光淬火質量均勻性控制方法及裝置

在審

• 申請號: 202010920105.4
• 申請日: 2020-09-04
• 公開（公告）號: CN112111628A
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 關婷婷;陳志凱;李強
• 申請（專利權）人: 江蘇徐工工程機械研究院有限公司
• 主分類號: C21D1/09
• 分類號: C21D1/09;C21D11/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種激光淬火質量均勻性控制方法及裝置，該裝置包括激光淬火頭；溫度探測器，用于探測工件表面位于淬火區的溫度；以及位置調節機構連接，所述激光淬火頭和所述溫度探測器通過所述位置調節機構相連，所述位置調節機構調節所述溫度探測器的探頭焦點與所述激光淬火頭的激光加工點至重合的位置。具體應用過程為：步驟一：應用檢測裝置采集激光淬火工藝參數，構建工件表面溫度/掃描速度和工件表面質量的關系模型；步驟二：在激光淬火加工中，基于所構建的模型，實時監控工件表面位于淬火區的溫度，根據監控的數據實施調節激光設備的輸出功率，控制工件淬火區表面溫度的溫差在所設定的閾值范圍內。

技術領域

本發明屬于金屬材料加工領域，具體涉及一種激光淬火質量均勻性控制方法及裝置。

背景技術

低碳鋼材料因含碳量低、淬硬性差，傳統淬火方法無法顯著提高其表面性能。激光淬 火作為重要的激光表面處理技術，以高能密度的激光束輻照工件局部表面，使之迅速積聚 激光能量，以10⁵～10⁶℃/s的速度瞬間升溫至奧氏體相變點與熔點的溫度區間，后自激冷 卻發生馬氏體相變，大幅提升材料表面硬度及耐磨性，進而提高零部件的使用壽命。但在 零部件激光淬火批量加工過程中，仍存在淬火表面硬度以及硬化層深的一致性無法保證的 問題，致使零部件表面質量降低，進而制約零部件使用壽命的提升。

導致激光淬火表面質量均勻性變差有兩方面原因：一方面，由于在產業化批量生產時， 激光器能量衰減、光學器件老化致使實際輸出功率低于設定功率，從而達不到預期淬火效 果所規定的表面溫度，通常條件下，無法實現實時反饋與及時調整；另一方面，大尺寸工 件表面油漆及銹蝕引起的表面能量吸收(溫度)異常，導致批量加工過程中工件的表面硬 度與硬化層深度等指標的一致性無法滿足，工件表面質量均勻性無法保證，零部件使用壽 命大幅下降，嚴重制約激光淬火技術產業化發展。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種激光淬火溫度在線檢測裝置和應用。

實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：

本發明提供了一種激光淬火溫度在線檢測裝置，包括激光淬火頭；

溫度探測器，用于探測工件表面位于淬火區的溫度；

以及位置調節機構連接，所述激光淬火頭和所述溫度探測器通過所述位置調節機構相 連，所述位置調節機構調節所述溫度探測器的探頭焦點與所述激光淬火頭的激光加工點至 重合的位置。

作為本發明的進一步改進，所述位置調節機構包括轉動連接桿，第一調節旋鈕和第二 調節旋鈕，所述轉動連接桿的一端與所述激光淬火頭固定相連，另一端通過垂直連接的所 述第一調節旋鈕和所述第二調節旋鈕連接所述溫度探測器。

作為本發明的進一步改進，所述轉動連接桿包括第一連桿和第二連桿，所述的第一連 桿和所述第二連桿通過角度調節旋鈕連接。

作為本發明的進一步改進，所述的第一調節旋鈕與所述的轉動連接桿垂直連接，所述 的第二調節旋轉與所述的第一調節旋鈕垂直相連，所述溫度探測器與所述的第一調節旋鈕 垂直相連。

作為本發明的進一步改進，所述的激光淬火頭與所述的溫度探測器共面設置，兩者所 在的平面垂直于激光掃描方向。

本發明還提供了一種應用以上裝置在對工件進行淬火加工過程中實施對工件表面加 工金屬層的均勻化質量控制的方法，包括以下步驟：

步驟一：應用檢測裝置采集激光淬火工藝參數，構建工件表面溫度/掃描速度和工件表 面質量的關系模型；

步驟二：在激光淬火加工中，基于所構建的模型，實時監控工件表面位于淬火區的溫 度，根據監控的數據實施調節激光設備的輸出功率，控制工件淬火區表面溫度的溫差在所 設定的閾值范圍內。