RU2449029C1 - Laser thermal strengthening method of surfaces of items from iron-carbon alloys - Google Patents
Laser thermal strengthening method of surfaces of items from iron-carbon alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2449029C1 RU2449029C1 RU2010141309/02A RU2010141309A RU2449029C1 RU 2449029 C1 RU2449029 C1 RU 2449029C1 RU 2010141309/02 A RU2010141309/02 A RU 2010141309/02A RU 2010141309 A RU2010141309 A RU 2010141309A RU 2449029 C1 RU2449029 C1 RU 2449029C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser beam
- laser
- lens
- prism
- parallel
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к термической обработке железоуглеродистых сплавов при помощи концентрированных источников энергии, конкретнее при помощи лазерного излучения, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, изготовленных из железоуглеродистых сплавов.The invention relates to the heat treatment of iron-carbon alloys using concentrated energy sources, more specifically using laser radiation, and can be used in mechanical engineering for surface hardening of machine parts made of iron-carbon alloys.
Известен способ лазерного термического упрочнения поверхностей изделий из железоуглеродистых сплавов, включающий направление параллельного цилиндрического лазерного луча, имеющего неравномерное и симметричное распределение энергии, на систему соосно расположенных металлических конических зеркал. Конические зеркала преобразовывают цилиндрический лазерный луч в систему сходящихся полых конических лазерных лучей, которые затем совмещают на обрабатываемой поверхности в круглое пятно лазерного луча с равномерным распределением плотности энергии [1].A known method of laser thermal hardening of the surfaces of products made of iron-carbon alloys, including the direction of a parallel cylindrical laser beam having an uneven and symmetrical energy distribution, to a system of coaxially arranged conical metal mirrors. Conical mirrors transform a cylindrical laser beam into a system of converging hollow conical laser beams, which are then combined on a surface to be processed into a round spot of a laser beam with a uniform distribution of energy density [1].
Недостатком данного способа является то, что, несмотря на равномерное распределение плотности энергии по лазерному лучу диаметром D, при его движении по обрабатываемой поверхности со скоростью ν, время взаимодействия лазерного излучения с обрабатываемой поверхностью по ширине упрочненной зоны не одинаково. В центральной зоне оно максимально (D/ν), а к краям - уменьшается до минимального нулевого значения согласно закону изменения времени взаимодействия лазерного излучения с поверхностью, описывающему зависимость - , где h - расстояние от края следа лазерной обработки до рассматриваемой зоны. Это не позволяет получать упрочненный слой с равномерной глубиной упрочнения и одинаковыми параметрами шероховатости обработанной поверхности по всей ширине следа лазерной обработки. В центральной зоне следа лазерной обработки, из-за большего времени взаимодействия лазерного излучения с обрабатываемой поверхностью, она разогревается до большей температуры, чем в крайних зонах. Это приводит к формированию упрочненного слоя с максимальной глубиной в центральной зоне следа лазерной обработки и его уменьшением до нуля в крайних зонах пропорционально закону изменения времени взаимодействия лазерного излучения с поверхностью. Различная степень разогрева поверхности лазерным лучом приводит также и к неодинаковому формированию микрорельефа поверхности по ширине следа лазерной обработки. В центральной зоне, из-за большей температуры разогрева поверхности, возможно оплавление микровыступов, что приводит к увеличению исходной шероховатости поверхности.The disadvantage of this method is that, despite the uniform distribution of the energy density over the laser beam with a diameter D, when it moves along the treated surface at a speed of ν, the interaction time of laser radiation with the treated surface across the width of the hardened zone is not the same. In the central zone, it is maximum (D / ν), and towards the edges it decreases to a minimum zero value according to the law of change in the time of interaction of laser radiation with the surface, which describes the dependence where h is the distance from the edge of the laser processing trace to the zone under consideration. This does not allow to obtain a hardened layer with a uniform hardening depth and the same roughness parameters of the treated surface over the entire width of the laser treatment trace. In the central zone of the laser treatment trace, due to the longer interaction time of the laser radiation with the treated surface, it is heated to a higher temperature than in the extreme zones. This leads to the formation of a hardened layer with a maximum depth in the central zone of the laser processing trace and its decrease to zero in the extreme zones in proportion to the law of change in the interaction time of laser radiation with the surface. A different degree of surface heating by a laser beam also leads to unequal formation of a surface microrelief along the width of the laser processing trace. In the central zone, due to the higher temperature of the surface heating, the fusion of microprotrusions is possible, which leads to an increase in the initial surface roughness.
Наиболее близким по технической сущности (прототип) к предлагаемому изобретению является способ лазерного термического упрочнения поверхностей изделий из железоуглеродистых сплавов, включающий направление параллельного цилиндрического лазерного луча диаметром D, имеющего неравномерное и симметричное распределение энергии, на призму. Призма расщепляет лазерный луч на два полуцилиндрических лазерных луча и отклоняет их встречно до пересечения и совмещения в один лазерный луч. Полученный лазерный луч затем направляют на цилиндрическую фокусирующую линзу, с помощью которой получают на обрабатываемой поверхности прямоугольное пятно лазерного луча длиной D/2. Ось симметрии цилиндрической фокусирующей линзы перпендикулярна оси симметрии призмы [2].The closest in technical essence (prototype) to the present invention is a method of laser thermal hardening of the surfaces of products made of iron-carbon alloys, including the direction of a parallel cylindrical laser beam with a diameter D having an uneven and symmetric energy distribution to a prism. Prism splits the laser beam into two semi-cylindrical laser beams and deflects them counterclockwise until they intersect and align into one laser beam. The resulting laser beam is then directed to a cylindrical focusing lens, with the help of which a rectangular spot of a laser beam of length D / 2 is obtained on the treated surface. The axis of symmetry of the cylindrical focusing lens is perpendicular to the axis of symmetry of the prism [2].
Однако в данном способе, при одинаковом времени взаимодействия лазерного излучения по всей ширине следа лазерной обработки, плотность энергии по длине прямоугольного пятна лазерного луча не одинакова. Она максимальна по краям пятна и минимальна в центральной зоне. Это происходит вследствие того, что совмещение полуцилиндрических лазерных лучей осуществляют до совпадения края плоской зоны одного лазерного луча с краем полуцилиндрической зоны другого лазерного луча, а последующую фокусировку на обрабатываемую поверхность совмещенного лазерного луча в прямоугольное пятно лазерного луча производят в направлении, параллельном плоским краям совмещенного лазерного луча. В данном случае одна половина зоны с максимальной плотностью энергии входного лазерного луча сосредотачивается на одном краю прямоугольного пятна лазерного луча на обрабатываемой поверхности, а другая половина зоны, с максимальной плотностью энергии, сосредотачивается на другом краю пятна лазерного луча. В центральной же зоне прямоугольного пятна лазерного луча происходит сосредоточение зон входного лазерного луча, уровень плотности энергии которых не превышает 1/3 от максимальной плотности энергии входного лазерного луча. Это также не позволяет получать упрочненные слои одинаковой глубины по ширине следа лазерной обработки с одинаковой шероховатостью поверхности в зоне лазерного воздействия. Кроме того, технологические возможности данного способа лазерного термического упрочнения ограничены, так как ширина получаемой упрочненной зоны фиксированная, и составляет половину диаметра входного лазерного луча.However, in this method, with the same laser radiation interaction time over the entire width of the laser processing trace, the energy density along the length of the rectangular spot of the laser beam is not the same. It is maximum at the edges of the spot and minimal in the central zone. This is due to the fact that the combination of half-cylindrical laser beams is carried out until the edge of the flat zone of one laser beam coincides with the edge of the half-cylindrical zone of another laser beam, and the subsequent focusing on the machined surface of the combined laser beam in a rectangular spot of the laser beam is performed in a direction parallel to the flat edges of the combined laser ray. In this case, one half of the zone with the maximum energy density of the input laser beam focuses on one edge of the rectangular spot of the laser beam on the surface to be treated, and the other half of the zone with the maximum energy density focuses on the other edge of the spot of the laser beam. In the central zone of the rectangular spot of the laser beam, the concentration of the areas of the input laser beam occurs, the energy density of which does not exceed 1/3 of the maximum energy density of the input laser beam. It also does not allow to obtain hardened layers of the same depth across the width of the laser treatment trace with the same surface roughness in the laser exposure zone. In addition, the technological capabilities of this method of laser thermal hardening are limited, since the width of the obtained hardened zone is fixed, and is half the diameter of the input laser beam.
Задачей предлагаемого изобретения является расширение технологических возможностей и повышение качества обработки поверхностей изделий путем получения равномерного распределения глубины упрочнения и шероховатости поверхности по ширине зоны упрочнения вследствие формирования на поверхности обрабатываемого изделия квадратного пятна лазерного луча необходимого размера с равномерным распределением плотности энергии. Квадратное пятно лазерного луча необходимого размера и с равномерным распределением плотности энергии обеспечивает одинаковые характеристики качества получаемого упрочненного слоя при перемещении его по поверхности в направлении любой из сторон, что невозможно осуществить прямоугольным пятном лазерного луча со строго фиксированной его длиной.The objective of the invention is to expand technological capabilities and improve the quality of surface treatment of products by obtaining a uniform distribution of the depth of hardening and surface roughness along the width of the hardening zone due to the formation of a square spot of a laser beam of the required size with a uniform distribution of energy density on the surface of the processed product. A square spot of the laser beam of the required size and with a uniform distribution of energy density provides the same quality characteristics of the obtained hardened layer when moving it on the surface in the direction of either side, which cannot be done with a rectangular spot of the laser beam with a strictly fixed length.
Задача решается за счет следующего. В известном способе лазерного термического упрочнения поверхностей изделий из железоуглеродистых сплавов направляют параллельный цилиндрический лазерный луч диаметром D, имеющий неравномерное и симметричное распределение энергии, на одну призму, расщепляющую его на два полуцилиндрических луча и отклоняющую их встречно до пересечения и совмещения в один лазерный луч, направляемый на фокусирующую линзу, с помощью которой получают пятно лазерного луча на обрабатываемой поверхности. Согласно предлагаемому изобретению, совмещение двух полуцилиндрических лазерных лучей в один луч сначала осуществляют на первой линзе-коллиматоре, преобразующей их в параллельный лазерный луч с размером сечения D×Δ. Затем параллельный лазерный луч с размером сечения D×Δ направляют на другую призму, ось которой перпендикулярна оси предыдущей призмы. Призма расщепляет параллельный лазерный луч с размером сечения D×Δ на два одинаковых лазерных луча с размером сечения D/2×Δ. Полученные лазерные лучи с размером сечения D/2×Δ отклоняют встречно до пересечения и совмещения затем на второй линзе-коллиматоре в один параллельный лазерный луч квадратного сечения Δ×Δ. Параллельный лазерный луч квадратного сечения Δ×Δ фокусируют на обрабатываемую поверхность в одно квадратное пятно лазерного луча размером b×b. В качестве фокусирующей линзы используют сферическую линзу. Величины Δ и b выбирают по формуламThe problem is solved by the following. In the known method of laser thermal hardening of the surfaces of articles made of iron-carbon alloys, a parallel cylindrical laser beam of diameter D, having an uneven and symmetrical energy distribution, is directed to one prism, splitting it into two half-cylindrical beams and deflecting them counterclockwise until they intersect and combine into one laser beam, guided on a focusing lens, with the help of which a laser spot is obtained on the surface to be treated. According to the invention, the combination of two semi-cylindrical laser beams into one beam is first carried out on the first collimator lens, converting them into a parallel laser beam with a cross-sectional size D × Δ. Then a parallel laser beam with a cross-sectional size D × Δ is directed to another prism whose axis is perpendicular to the axis of the previous prism. The prism splits a parallel laser beam with a cross-sectional size D × Δ into two identical laser beams with a cross-sectional size D / 2 × Δ. The obtained laser beams with a cross-sectional size D / 2 × Δ are deflected counterclockwise until they intersect and then align on the second collimator lens into one parallel square-section laser beam Δ × Δ. A parallel square-beam laser beam Δ × Δ is focused onto the surface to be treated into one square spot of a b × b laser beam. A spherical lens is used as the focusing lens. The values of Δ and b are selected by the formulas
где D - диаметр лазерного луча на входе оптической системы;where D is the diameter of the laser beam at the input of the optical system;
f - фокусное расстояние фокусирующей (сферической) линзы;f is the focal length of the focusing (spherical) lens;
l - расстояние от фокусирующей (сферической) линзы до обрабатываемой поверхности.l is the distance from the focusing (spherical) lens to the treated surface.
В предложенном способе повышение качества обрабатываемой поверхности изделий из железоуглеродистых сплавов осуществляется за счет создания термоупрочненного слоя с одинаковыми физико-механическими свойствами, равномерными глубиной и шероховатостью обрабатываемой поверхности по всей ширине следа лазерной обработки. Это происходит вследствие одинакового времени воздействия лазерного излучения на каждый элементарный объем обрабатываемой поверхности и одинаковой плотности энергии в каждой зоне пятна лазерного луча. Расширение технологических возможностей способа осуществляется за счет формирования на обрабатываемой поверхности за один проход лазерного луча термоупрочненной зоны необходимой ширины, что позволяет производить локальное упрочнение контактируемых поверхностей различных изделий с получением требуемых показателей качества физико-механических свойств, макро- и микрогеометрии поверхностей и их шероховатости.In the proposed method, improving the quality of the processed surface of products made of iron-carbon alloys is carried out by creating a heat-strengthened layer with the same physical and mechanical properties, uniform depth and roughness of the processed surface across the entire width of the laser processing trace. This is due to the same time of exposure to laser radiation on each elementary volume of the treated surface and the same energy density in each zone of the laser beam spot. The technological capabilities of the method are expanded due to the formation of a heat-strengthened zone on the processed surface in one pass of the laser beam of the required width, which allows local hardening of the contact surfaces of various products to obtain the required quality indicators of physical and mechanical properties, macro- and microgeometry of the surfaces and their roughness.
На фиг.1 представлена схема оптического преобразования излучения лазера при осуществлении способа лазерного термического упрочнения изделий из железоуглеродистых сплавов; на фиг.2 - сечение А-А схемы оптического преобразования лазерного луча на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б лазерного луча на фиг.1; на фиг.4 - направление перемещения расщепленных лазерных лучей после призмы 2; на фиг.5 - сечение В-В совмещенных полуцилиндрических лазерных лучей на фиг.1; на фиг.6 - направление перемещения расщепленных лазерных лучей после призмы 7; на фиг.7 - сечение Г-Г лазерного луча квадратного сечения на фиг.1; на фиг.8 - распределение плотности энергии по сечению лазерного луча на входе оптической системы; на фиг.9 - распределение плотности энергии по сечению лазерного луча на выходе оптической системы; на фиг.10 - вид упрочненной зоны поверхности изделия по ширине следа лазерной обработки квадратным пятном лазерного луча с равномерным распределением плотности энергии.Figure 1 presents a diagram of the optical conversion of laser radiation when implementing the method of laser thermal hardening of products from iron-carbon alloys; figure 2 is a section aa of the optical conversion circuit of the laser beam in figure 1; figure 3 is a section bB of the laser beam in figure 1; figure 4 - the direction of movement of the split laser beams after the
На фиг.1 и 2 изображены: 1 - параллельный цилиндрический лазерный луч с неравномерным симметричным распределением энергии (с Гауссовым распределением энергии); 2 - призма; 3, 4 - расщепленные лазерные лучи после призмы 2; 5 - линза-коллиматор; 6 - параллельный лазерный луч, состоящий из двух совмещенных полуцилиндрических лазерных лучей; 7 - призма; 8, 9 - расщепленные лазерные лучи после призмы 7; 10 - линза-коллиматор; 11 - параллельный лазерный луч квадратного сечения; 12 - фокусирующая (сферическая) линза; 13 - сходящийся лазерный луч квадратного сечения с равномерным распределением энергии; 14 - обрабатываемая деталь.Figures 1 and 2 show: 1 - a parallel cylindrical laser beam with an uneven symmetric energy distribution (with a Gaussian energy distribution); 2 - prism; 3, 4 - split laser beams after
Параллельный лазерный луч 1 диаметром D (см. фиг.3, фиг.8) с неравномерным симметричным распределением энергии (с Гауссовым распределением энергии) направляют на призму 2. Призма 2 расщепляет параллельный лазерный луч 1 по оси на два полуцилиндрических лазерных луча 3, 4 и отклоняет их встречно до пересечения и совмещения в один лазерный луч на линзе коллиматоре 5 (см. фиг.4, фиг.5). Линза-коллиматор 5 преобразовывает совмещенные лазерные лучи 3, 4 в параллельный лазерный луч 6 прямоугольного сечения размером D×Δ. Параллельный лазерный луч 6 направляют на призму 7. Призма 7, ось которой перпендикулярна оси призмы 2, расщепляет параллельный лазерный луч 6 на два одинаковых лазерных луча 8, 9 с размером сечения D/2×Δ (фиг.6), которые отклоняются встречно до пересечения и совмещения в один лазерный луч на линзе-коллиматоре 10. Линза-коллиматор 10 преобразовывает совмещенные лазерные лучи 8, 9 в параллельный лазерный луч 11 квадратного сечения размером Δ×Δ с равномерным распределением энергии (см. фиг.7, фиг.9). Параллельный лазерный луч 11 направляют на сферическую фокусирующую линзу 12, которая преобразует параллельный лазерный луч 11 в сходящийся лазерный луч 13, для получения на обрабатываемой поверхности изделия 14 квадратного пятна лазерного луча размером b×b (см. фиг.1, фиг.2, фиг.10). Обрабатываемое изделие 14 перемещается со скоростью ν относительно сходящегося лазерного луча 13.A
Вывод формулы расчета размера Δ квадратного параллельного лазерного луча между второй линзой-коллиматором и фокусирующей линзой производился из условия равенства тепловой эффективной мощности q=π·r0 2·qm входящего параллельного цилиндрического лазерного луча и тепловой эффективной мощности q=Δ2·qm лазерного луча квадратного сечения, при условии равномерного распределения плотности мощности излучения по сечению обоих лазерных лучей, где:The formula for calculating the size Δ of a square parallel laser beam between the second collimator lens and the focusing lens was derived from the condition that the thermal effective power q = π · r 0 2 · q m of the incoming parallel cylindrical laser beam and the thermal effective power q = Δ 2 · q m a laser beam of square cross section, provided that the radiation power density is uniformly distributed over the cross section of both laser beams, where:
- приведенный радиус входящего параллельного цилиндрического лазерного луча при условии равномерного распределении плотности мощности излучения со значением плотности мощности излучения в каждой точке сечения, равным qm, - the reduced radius of the incoming parallel cylindrical laser beam subject to a uniform distribution of the radiation power density with the radiation power density at each point of the cross section equal to q m ,
qm - плотность мощности излучения по центру входящего параллельного цилиндрического лазерного луча.q m is the radiation power density in the center of the incoming parallel cylindrical laser beam.
Формула расчета размера b квадратного пятна лазерного луча на обрабатываемом изделии выводится из тригонометрических соотношений, связывающих размер Δ лазерного луча квадратного сечения, падающего на фокусирующую (сферическую) линзу, с ее фокусным расстоянием f и расстоянием l от фокусирующей линзы до обрабатываемой поверхности.The formula for calculating the size b of the square spot of the laser beam on the workpiece is derived from trigonometric relations that relate the size Δ of the square-beam laser beam incident on the focusing (spherical) lens with its focal length f and the distance l from the focusing lens to the surface being processed.
Пример. Проводилось поверхностное термоупрочнение боковых поверхностей пазов деталей, изготовленных из стали 45, на лазерной установке непрерывного излучения мощностью 2000 Вт с длиной волны 1,07 мкм с диаметром лазерного луча на входе оптической системы 20 мм. Шероховатость поверхности перед упрочнением составляла Ra=1,25 мкм.Example. Surface thermal hardening of the side surfaces of the grooves of parts made of steel 45 was carried out on a 2000 W continuous wave laser with a wavelength of 1.07 μm and a laser beam diameter at the input of the optical system of 20 mm. The surface roughness before hardening was R a = 1.25 μm.
Размеры, конфигурация и взаимное расположение элементов оптической системы рассчитывались, для получения соответствующих формуле изобретения и правилам расщепления и совмещения лазерных лучей, и изготавливались из кварцевого стекла. Полученные результаты сравнивались с результатами по термоупрочнению аналогичной детали. Исходные данные, а также геометрические и механические характеристики упрочненных зон сведены в таблицу.The sizes, configuration, and relative position of the elements of the optical system were calculated to obtain the corresponding claims and the rules for splitting and combining laser beams, and were made of quartz glass. The results obtained were compared with the results of thermal hardening of a similar part. The initial data, as well as the geometric and mechanical characteristics of the hardened zones are summarized in the table.
Глубина и микротвердость упрочненных зон измерялись на микротвердомере ПМТ-3, а шероховатость их поверхности - на профилометре модели 130. Как видно из приведенных результатов в таблице, глубина упрочненного слоя, его микротвердость и шероховатость поверхности в предлагаемом способе являются одинаковыми по всей ширине следа лазерной обработки.The depth and microhardness of the hardened zones were measured on a PMT-3 microhardness tester, and their surface roughness was measured on a model 130 profilometer. As can be seen from the results in the table, the depth of the hardened layer, its microhardness, and surface roughness in the proposed method are the same over the entire width of the laser processing trace .
Результаты измерений сведены в таблицу.The measurement results are summarized in table.
типProto
type of
емые
пара-метры схемы лазер-ного упроч-ненияZada Wah
being
laser hardening parameters
ваемые
пара-метры схемы лазер-ного упроч-ненияCalculations
batched
кие характеристики упрочнен
ных зонGeometrical and mechanical
hardened characteristics
n zones
Данным способом можно осуществлять сплошную обработку поверхностей деталей из железоуглеродистых сплавов, формируя упрочненные дорожки с минимальным расстоянием между ними и, таким образом, получать на всей поверхности равномерный по глубине упрочненный слой с одинаковыми физико-механическими характеристиками в каждом его подслое и равномерной шероховатостью поверхности. Вследствие равномерной плотности энергии по поверхности пятна лазерного луча, полученного данным способом, можно качественно производить процесс лазерного термоупрочнения на грани оплавления с получением максимальной глубины упрочнения без нарушения исходной шероховатости поверхности.Using this method, it is possible to carry out continuous surface treatment of parts made of iron-carbon alloys, forming hardened tracks with a minimum distance between them and, thus, to obtain a hardened layer with uniform physical depth along the entire surface with the same physico-mechanical characteristics in each sublayer and uniform surface roughness. Due to the uniform energy density over the surface of the laser beam spot obtained by this method, it is possible to qualitatively carry out the laser thermal hardening process on the verge of reflow to obtain the maximum depth of hardening without violating the initial surface roughness.
Использование предлагаемого способа обработки лазерным лучом поверхностей деталей из железоуглеродистых сплавов обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик поверхностного упрочненного слоя, износостойкости упрочненных поверхностных слоев и эффективности использования энергии лазерного излучения в процессе обработки, а также позволяет получить более стабильные характеристики шероховатости поверхности упрочненного слоя.Using the proposed method for processing the surfaces of parts made of iron-carbon alloys with a laser beam increases the operational characteristics of the surface hardened layer, the wear resistance of hardened surface layers and the efficiency of the use of laser radiation energy during processing, and also allows to obtain more stable surface roughness characteristics of the hardened layer.
Источники информацииInformation sources
1. Кукин С.Ф., Девойно О.Г., Ивашко B.C., Баркун А.А, Кукин А.С. - Оптимизация технологии лазерного термоупрочнения / Вестник Полоцкого государственного университета, серия В, прикладные науки, промышленность №8, 2008, с.51-57.1. Kukin S.F., Devno O.G., Ivashko B.C., Barkun A.A., Kukin A.S. - Optimization of laser thermal hardening technology / Bulletin of Polotsk State University, series B, applied sciences, industry No. 8, 2008, pp. 51-57.
2. Кукин С.Ф., Девойно О.Г., Спиридонов Н.В., Баркун А.А., Кукин А.С., Яровой Б.Ю. - Технологические методы повышения эффективности и качества лазерного термоупрочнения поверхностей деталей изготавливаемых из чугунов / Сборник научных трудов VII международной научно-технической конференции «Материалы, технологии и оборудование в производстве, эксплуатации, ремонте и модернизации», т.1, 2009, с.30-38.2. Kukin S.F., Devno O.G., Spiridonov N.V., Barkun A.A., Kukin A.S., Yarovoy B.Yu. - Technological methods for improving the efficiency and quality of laser thermal hardening of surfaces of parts made of cast iron / Collection of scientific papers of the VII international scientific and technical conference "Materials, technologies and equipment in production, operation, repair and modernization", v.1, 2009, p.30- 38.
Claims (1)
где D - диаметр лазерного луча на входе оптической системы, мм;
f - фокусное расстояние фокусирующей линзы, мм;
l - расстояние от фокусирующей линзы до обрабатываемой поверхности, мм. A method of laser thermal hardening of the surface of products made of iron-carbon alloys, in which a parallel cylindrical laser beam with a diameter of D at the input of the optical system, having an uneven and symmetric energy distribution, is directed to one prism, splitting it into two half-cylindrical laser beams and deflecting them counterclockwise until they intersect and align into one laser beam, direct the laser beam to the focusing lens, with the help of which a laser beam spot is obtained on the treated surface, In that the combination of two semi-cylindrical laser beams is first carried out on the first collimator lens, converting them into a parallel laser beam of rectangular cross section D × Δ, directing it to another prism, the axis of which is perpendicular to the axis of the previous prism, split into two identical laser beams with a size cross-sections D / 2 × Δ and deflect in the opposite direction until they intersect and then align on the second collimator lens into one parallel laser beam of square section Δ × Δ, which is focused on the surface to be treated in the spot l grain size square-shaped beam b × b, as well as the focusing lens using a spherical lens, the value of Δ and b is selected from the formulas
where D is the diameter of the laser beam at the input of the optical system, mm;
f is the focal length of the focusing lens, mm;
l is the distance from the focusing lens to the workpiece, mm.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010141309/02A RU2449029C1 (en) | 2010-10-07 | 2010-10-07 | Laser thermal strengthening method of surfaces of items from iron-carbon alloys |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010141309/02A RU2449029C1 (en) | 2010-10-07 | 2010-10-07 | Laser thermal strengthening method of surfaces of items from iron-carbon alloys |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2449029C1 true RU2449029C1 (en) | 2012-04-27 |
Family
ID=46297501
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010141309/02A RU2449029C1 (en) | 2010-10-07 | 2010-10-07 | Laser thermal strengthening method of surfaces of items from iron-carbon alloys |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2449029C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106755756A (en) * | 2017-01-10 | 2017-05-31 | 中国科学院半导体研究所 | Laser-quenching apparatus and method of a kind of bearing surface without tempering soft ribbons |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1611947A1 (en) * | 1988-09-20 | 1990-12-07 | Белорусский Политехнический Институт | Method of surface strengthening |
SU1617006A1 (en) * | 1989-02-10 | 1990-12-30 | Институт Физики Ан Литсср | Apparatus for surface laser hardening |
RU2241765C2 (en) * | 2003-01-16 | 2004-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ПАОЛ" | Method and apparatus for laser processing of conical threaded surface |
RU2375465C1 (en) * | 2008-08-01 | 2009-12-10 | Республиканское унитарное предприятие "Минский тракторный завод" | Method of surface hardening |
-
2010
- 2010-10-07 RU RU2010141309/02A patent/RU2449029C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1611947A1 (en) * | 1988-09-20 | 1990-12-07 | Белорусский Политехнический Институт | Method of surface strengthening |
SU1617006A1 (en) * | 1989-02-10 | 1990-12-30 | Институт Физики Ан Литсср | Apparatus for surface laser hardening |
RU2241765C2 (en) * | 2003-01-16 | 2004-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ПАОЛ" | Method and apparatus for laser processing of conical threaded surface |
RU2375465C1 (en) * | 2008-08-01 | 2009-12-10 | Республиканское унитарное предприятие "Минский тракторный завод" | Method of surface hardening |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106755756A (en) * | 2017-01-10 | 2017-05-31 | 中国科学院半导体研究所 | Laser-quenching apparatus and method of a kind of bearing surface without tempering soft ribbons |
CN106755756B (en) * | 2017-01-10 | 2019-01-29 | 中国科学院半导体研究所 | A kind of laser-quenching apparatus and method of the bearing surface without the soft band of tempering |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bhuyan et al. | High aspect ratio nanochannel machining using single shot femtosecond Bessel beams | |
Martínez et al. | Laser hardening process with 2D scanning optics | |
JP2012525980A (en) | Laser welding system and laser welding method for welding using laser beam | |
CN101797666A (en) | Laser cutting head capable of extending focal depth | |
RU2449029C1 (en) | Laser thermal strengthening method of surfaces of items from iron-carbon alloys | |
GB1405487A (en) | Apparatus for treating workpieces with laser radiation | |
Gautam et al. | Laser forming of mild steel sheets using different surface coatings | |
CN110753596B (en) | Device and method for laser-based separation of transparent and fragile workpieces | |
Büsing et al. | Design, alignment and applications of optical systems for parallel processing with ultra-short laser pulses | |
Sahin et al. | Ablation of metal thin films using femtosecond laser Bessel vortex beams | |
Varsi et al. | Developing an algorithm for predicting depth as well as number of passes during CO2 laser machining on thermoplastic material | |
Fauzi et al. | Influence of non-conventional beam profile on edge effects in laser forming of AISI 304 stainless steel plate | |
Bonss et al. | Precise hardening with high-power diode lasers using beam-shaping mirror optics | |
Kumstel | Enhancement of the area rate for laser macro polishing | |
Luo et al. | Femtosecond laser highly-efficient plane processing based on an axicon-generated donut-shaped beam | |
JPS63154280A (en) | Laser beam machine | |
JP2018003086A (en) | Hardening laser processing device and hardening laser head | |
Dearden et al. | An experimental study of laser micro-forming using a pulsed Nd: YAG laser and scanning optics | |
EA201301033A1 (en) | METHOD OF SURFACE STRENGTHENING OF METAL PRODUCTS BY A LASER RADIATOR | |
KR101457516B1 (en) | Apparatus for beam splitting | |
Arai | Processing with Application of High-Power Semiconductor Laser–Theoretical Analysis of Heat Source and Application to Surface Processing– | |
Kasperczuk et al. | Influence of the focal point position on the properties of a laser-produced plasma | |
JP3200588B2 (en) | Laser distortion processing method and apparatus | |
Antipov et al. | Two-dimensional single crystal diamond refractive x-ray lens | |
JP5062025B2 (en) | Laser processing method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20140520 |