激光技術(shù)是一種高能密度的技術(shù),該技術(shù)具有無(wú)污染、高效、靈活易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作及優(yōu)異的處理層性能等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái),激光技術(shù)在國(guó)外軍事工業(yè)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。美國(guó)、日本、德國(guó)、俄羅斯、英國(guó)等國(guó)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)十分重視,并且已廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)、武備、艦船等軍工領(lǐng)域,如各種復(fù)雜型面、微型構(gòu)件、耐磨構(gòu)件、耐熱構(gòu)件、及破損件的修補(bǔ)等。
近年來(lái),行業(yè)在激光加工技術(shù)領(lǐng)域集研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用于一體,先后開(kāi)展了激光淬火、激光修復(fù)、激光合金化制備耐蝕耐磨層及各種材料的激光焊接和技術(shù)研究。
激光淬火是應(yīng)用最廣泛的激光熱處理技術(shù)。這是一種表面局部淬火的新工藝,具有較多的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),該技術(shù)能夠處理鈦合金、鋁合金、合金鋼和碳鋼等材料。近年來(lái)國(guó)外軍工業(yè)對(duì)該技術(shù)的研究主要集中在飛行器、傳動(dòng)構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵件及炮管內(nèi)壁的表面強(qiáng)化。
激光淬火比常規(guī)淬火硬度高出20%以上,GCr15、T10和高速鋼等均可得到HV1000以上的硬度。MK10制導(dǎo)火箭發(fā)射系統(tǒng)點(diǎn)火區(qū)的阻斷凸輪,采用AⅡ4340鋼,用1.2KW激光表面處理代替原來(lái)的氮化處理,最高硬度由原來(lái)55HRC提高到62HRC。而在鈦葉片的處理中,激光淬火后的硬度提高了75%-125%。德國(guó)萊茵工業(yè)公司研究了激光相變硬化炮管線膛的新工藝方法,可硬化靠近炮口端的半膛,可獲得0.3-0.5mm硬化深度,表面硬度至少為HV650,解決了因炮口端陽(yáng)膛線過(guò)量磨損而影響射彈外彈道飛行性能的問(wèn)題。
例如,某型汽車(chē)模具僅能沖壓300件便需要停機(jī)進(jìn)行修復(fù),然而,采用激光淬火技術(shù)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化后,能夠?qū)㈣T鐵模具的硬度由原來(lái)HRC45提高至HRC55,使用壽命提高至35,000件,壽命提高100倍以上。
激光熔覆技術(shù),是通過(guò)高能密度的激光束輻照作用,使預(yù)置的添加材料熔化在基材表面形成牢固的涂覆層,從而徹底改變材料表面性能的技術(shù)。
據(jù)1997年的有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道,加拿大埃德蒙頓激光所在AI6I4340鋼和試樣上激光包覆各種耐燒蝕、耐磨損涂層。研究表明,純鉬和Ta-10W合金涂層有望用作炮管內(nèi)膛涂層。模擬發(fā)射試驗(yàn)表明,涂層使用壽命延長(zhǎng)了60%。美國(guó) Textron L ycoming Stratford Div對(duì)裝配BAe1 46直升機(jī)的 AL F50 2 R-5渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)第四級(jí)葉片阻尼面,也采用激光熔覆涂層強(qiáng)化處理。
激光熔覆的另一個(gè)應(yīng)用方面是,對(duì)工件局部損壞區(qū)域的修復(fù),修復(fù)后的工件大部分與原工件性能相當(dāng),甚至超過(guò)原工件的使用壽命。在美國(guó)俄克拉馬州 Tinker空軍基地的后勤維修中心,每年要有約1200臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行大修,其中葉片修復(fù)的成本費(fèi)用平均值僅為更新葉片費(fèi)用的20%,僅葉片修復(fù)一項(xiàng)每年可獲得若干億美元的效益,美國(guó)NASA Marshell航天中心對(duì)渦輪葉片的修復(fù)和強(qiáng)化進(jìn)行了研究,使用激光表面熔覆的方法對(duì)磨損部位進(jìn)行修復(fù)后,覆層組織致密均勻、無(wú)氣孔,與原材料為冶金結(jié)合。覆層厚度達(dá)0.6mm以上,試飛60小時(shí)后,發(fā)動(dòng)機(jī)性能良好。不但節(jié)約了成本而且縮短了加工周期,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。