我國激光表面硬化技術近幾年才進進使用階段，但在某些領域還是空缺，本文闡述了作者與青島中發激光技術有限公司聯合研制的多功能激光機及其控制系統在汽車發動機缸體、缸套、曲軸的激光表面硬化中的應用。激光表面硬化也稱為激光熱處理。其原理是，用激光束作熱源照射發動機待強化表面，使其表面被快速加熱至金屬相變溫度以上，當激光離開后，高溫表面的熱量迅速向金屬基體傳導而形成自淬，使處理后的表面層形成具有硬度很高的隱晶馬氏體，從而進步零件的表面硬度、耐磨性及其使用壽命。

 

　　1激光設備

 

　　激光表面硬化設備包括三大部分：1.5kWCO2激光發生器、多功能激光加工機和計算機控制系統。

 

　　2汽車發動機大修的常規方法及缺陷

 

　　發動機大修時，主要經過鏜缸、磨軸處理，氣缸壁經多次磨削后，表面硬度降低;曲軸軸頸由于磨損失圓，一般需要重新磨軸，換軸瓦。曲軸軸頸在多次磨削后表面硬度降低，不能滿足使用要求。因此，常規方法處理后的發動機大修周期變短。

 

　　3汽車發動機大修的激光處理工藝

 

　　汽車發動機大修的激光處理工藝是常規大修工藝加上激光處理激光熱處理一般安排在半精加工后進行。由于常溫下金屬對波長10.6μm的CO2激光反射率高達80%以上，經過磨床加工的光潔表面其反射率更高，激光的反射將造成大量能量損失，因此，激光熱處理前需采用預敷吸光涂層的方法，以進步零件表面對激光的吸收率。涂層能吸收電磁波中遠紅外部分，各種金屬或非金屬氧化物、石墨、碳墨、磷酸鹽等都是較好的涂層材料。曲軸熱處理時，將其安裝在機床工作臺上用兩卡盤夾緊，將激光光斑直徑調到2～3mm，功率密度均勻，從而保證一定寬度的硬化條帶上的硬度均勻一致。激光頭裝配在托架上，托架安裝在機床橫梁上，因此，可實現激光頭上下方向的移動和水平方向的移動。將激光束定位在曲軸軸頸上方，工作臺上的步進電機帶動曲軸旋轉，同時激光頭在水平方向運動，而托架沿橫梁移動，從而在曲軸表面沿寬度方向掃描出具有一定外形的掃描線(線型由微機控制)。淬硬帶在軸頸上的覆蓋率(淬硬面積比)一般取30%～50%，曲軸的旋轉、激光頭的水平運動及合成運動均由程序控制系統進行自動控制。缸體熱處理時，將其裝在底部的旋轉工作臺上，缸體作旋轉運動，激光頭作上下運動。激光硬化處理過程的工藝參數主要有掃描速度、硬化面積比、硬化深度和加工表面粗糙度。這些參數取決于激光功率密度、掃描速度、材料的種類和表面涂層特性等。激光硬化帶截面的組織特征有2～4層，具體是多少層要由激光處理規范和材料成分而定。在高速加熱和冷卻時，一般可在鋼的表面觀察“白亮層”。由于激光束是按一定幾何軌跡在缸體內壁進行掃描，激光處理過的硬化帶構成硬的骨架;未經激光處理的地方，在發動機工作時，首先微量磨損，形成貯油結構。這樣軟硬結合的缸體內壁既進步了耐磨性，又有良好的抗拉傷能力。活塞環在良好的潤滑條件下工作，使用壽命大幅度進步。對于曲軸軸頸，也具有同樣的原理。