DE4218903C2

DE4218903C2 - Laser-Härtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE4218903C2
Application number: DE4218903A
Authority: DE
Inventors: Hidenobu Matsuyama; Kimihiro Shibata; Hiroki Sakamoto
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1991-06-07
Filing date: 1992-06-09
Publication date: 1996-12-12
Anticipated expiration: 2012-06-10
Also published as: DE4218903A1; US5313042A

Description

Die Erfindung betrifft eine Laser-Härtungsvorrichtung zum Bestrahlen und Härten der Oberfläche eines metallischen Gegenstandes gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2.

In einem Artikel "Oberflächenumwandlungshärten mit CO-Laser" von Th. Rudlaff u. a., veröffentlicht in "Laser und Optoelektronik", 1991, Heft 1, Seite 46 bis 49, insbesondere Kapitel 2.1, wird eine derartige Vorrichtung zum Härten mit einem polarisierten Laserstrahl unter Schutzgas beschrieben. Diese Vorrichtung weist eine Integrationsoptik für die Umformung des Laserstrahls auf und ermöglicht daher keine einfache Veränderung des Strahles.

Aus der US-PS 40 17 708 wird ein Verfahren zur Oberflächenhärtung einer Bohrung in einem Werkstück beschrieben, das ebenfalls mit Hilfe eines Laserstrahls durchgeführt wird. Bei dieser Vorrichtung wird der Laserstrahl geformt durch eine Optik, die aus zwei zueinander senkrecht orientierten Hohlspiegeln besteht, damit der Laserstrahl an den jeweiligen zu härtenden Bereich leicht angepaßt werden kann.

Härtungsvorrichtungen, die unter Verwendung eines Laserstrahls arbeiten, umfassen im allgemeinen einen optischen Mechanismus, der aus einem La ser-Oszillator, einem reflektierenden Spiegel, einer Sammellinse und einem Schutzgas-Zufuhrsystem zum Fernhalten von Sauerstoff von den bestrahlten Punkten besteht.

Bevor ein zu härtender Gegenstand mit Hilfe eines Laserstrahls bestrahlt wird, wird die Oberfläche des Gegenstandes mit einem Laser-absorbierenden Mittel überzogen, das die Laser-Absorption verstärkt und zur Bildung einer gleichförmig gehärteten Schicht auf dem Gegenstand führt. Nach dem Be strahlen wird der Überzug entfernt.

Der Laser ist üblicherweise ein CO₂-Laser, und das Laser-absorbierende Mit tel kann beispielsweise die in Tabelle 4.1 "CO₂-absorbierende Überzugsmate rialien" auf Seite 77 des Artikels "Laser Kakou Gÿutsu" von Hiromichi Kawas umi (Nikkan Kogyo Shinbunsha, 28. Januar 1985) gezeigten Bestandteile um fassen.

Wenn Teile, die einem hydraulischen Druck ausgesetzt sind, etwa Teile eines Automatikgetriebes eines Fahrzeugs, gehärtet werden sollen, ist es wünschenswert, daß Oxid-Filme oder andere Verunreinigungen nicht auf der Oberfläche vorhanden sind und damit eine Zerstörung der Funktion des Öls verhindert wird. Laser-absorbierende Mittel verhindern eine derartige Oxida tion der Oberflache des Gegenstandes, die andernfalls durch die Laserbe strahlung hervorgerufen wurde.

Laser-absorbierende Mittel haben daher einen wünschenswerten Effekt bei der Bildung einer harten Schicht, jedoch bedeuten die Anbringung und das Entfernen dieser Mittel einen gewissen Aufwand, der die Kosten des Härte verfahrens erhöht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zu erreichen, daß die Tiefe der gehärteten Schicht ei nes Gegenstandes gleichmäßig ist, ohne daß ein Laser-absorbierendes Mittel verwendet wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 2.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bildung einer gehärteten Schicht auf einem Gegenstand durch Bestrahlen der Oberfläche des Gegenstandes arbei tet unter Verwendung eines Laserstrahls mit einer optischen Achse und ei ner optischen Bahn. Diese Vorrichtung umfaßt einen Oszillator zur Abgabe ei nes Laserstrahls, der linear polarisiert ist in einer Einfallebene, die die Nor male zu der Oberfläche des Gegenstandes und die optische Achse enthält, ei nen ersten Hohlspiegel zum Sammeln des Laserstrahls in der Einfallebene und einen zweiten Hohlspiegel zum Sammeln des Laserstrahls in einer Ebe ne, die zu der Einfallebene senkrecht steht. Der erste Hohlspiegel liegt näher an dem Oszillator in der Bahn des Laserstrahls als der zweite Hohlspiegel.

Vorteilhafterweise ist der Einfallswinkel des Laserstrahls auf der Oberfläche des Gegenstandes nicht geringer als 60°.

Entsprechend einer ersten Ausführungsform besteht die folgende Beziehung zwischen dem Laser-Oszillator und dem ersten Hohlspiegel:

W₀ · cos δ 2 f Θ + K (D³/f²)

In dieser Ungleichung ist D der Durchmesser des Laserstrahls, der durch den Laser-Oszillator abgegeben wird, Θ die Divergenz des Laserstrahls, K der Aberrations-Koeffizient des ersten Hohlspiegels, f die Brennweite des er sten Hohlspiegels, δ der Einfallswinkel des Laserstrahls und W₀ die Länge der gehärteten Schicht, die auf der Oberfläche des Gegenstandes durch Ein strahlen mit dem Laserstrahl gebildet wird.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform wird die folgende Bedingung zwischen dem Laser-Oszillator und dem ersten Hohlspiegel hergestellt:

W₀ · sin δ 2 (2 f Θ + K (D³/f²)) · f/D

Die Laser-Härtevorrichtung umfaßt weiterhin eine Gasdüse, die einen Schutzgasstrom auf die Oberfläche des Gegenstandes bläst und eine Glättungseinrichtung zum Glätten des Schutzgasstromes, bei spielsweise ein feinmaschiges Gebilde von nicht weniger als 20 Maschen pro 2,54 cm.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Gasdüse einen Schutzgaskanal, der den Kanal zum Hindurchführen des auf die Oberfläche des Gegenstandes fallenden Laser strahls umgibt, und der einen Auslaß aufweist, der im wesentli chen parallel zu der Oberfläche des Gegenstandes am Ende des Schutzgaskanals angeordnet ist.

Die Gasdüse umfaßt alternativ eine erste Gasdüse zwischen dem Gegenstand und dem auf diesen fallenden Laserstrahl, und eine zweite Gasdüse zwischen dem einfallenden Laserstrahl und dem von dem Gegen stand reflektierten Laserstrahl. In diesem Falle weist die erste Gasdüse einen Auslaß auf, der parallel zu der Ober fläche des Gegenstandes liegt, und die zweite Gasdüse einen Auslaß aus einer Anzahl von nebeneinander liegenden zylindrischen Teilen mit offenen Enden. Diese offenen Enden liegen parallel zur Achse des einfallenden Laserstrahls im Bereich zwischen der Senkrechten und dem einfallen den Laserstrahl und im wesentlichen parallel zur Achse des reflektierten La serstrahls im Bereich zwischen der Senkrechten und dem reflektierten Laserstrahl.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer La serstrahl-Härtevorrichtung mit einer ersten Ausbildungsform einer Gasdüse;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, die die Streuung eines durch einen Laser-Oszillator abgegebenen Laserstrahls veranschau licht;

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung, die die Tiefe des Brenn punkts zeigt, wenn der Laserstrahl durch eine Sammellinse ge sammelt wird;

Fig. 4 zeigt das Einfallen des Laserlichts auf die Oberfläche des Gegen standes;

Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungs form einer Gasdüse;

Fig. 6 ist ein Schnitt durch die Gasdüse in Fig. 5;

Fig. 7 ist eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausfüh rungsform einer Gasdüse;

Fig. 8 ist wiederum ein Schnitt durch diese Gasdüse.

Eine Laserstrahl-Härtevorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt ein opti sches System mit einem Laser-Oszillator 1, einem reflektierenden Spiegel 4, einem ersten Hohlspiegel 5 und einem zweiten schwenkbaren Hohlspiegel 6, wie in Fig. 1 gezeigt ist.

Der Laser-Oszillator 1 gibt einen polarisierten Laserstrahl 3 ab. Der Laser-Os zillator 1 umfaßt ein Polarisationsfilter, so daß der Strahl 3 linear in einer Ebene polarisiert wird, die die Senkrechte oder Normale 7A zu der Oberflä che eines zu härtenden Gegenstandes 7 und die optische Achse 3A des Laser strahles 3 einschließt. Diese Ebene soll im weiteren Verlauf als Einfallsebene bezeichnet werden und ist in Fig. 4 dargestellt. Als Ergebnis hat der Laser strahl 3, der durch den Laser-Oszillator abgegeben wird, elektromagnetische Richtungsvektoren A1, A2, wie in Fig. 1 gezeigt ist.

Der reflektierende Spiegel 4 ist fest angeordnet und reflektiert den Laser strahl 3 des Laser-Oszillators 1.

Die Hohlspiegel 5 und 6 werden durch Spiegelhalter 8, 9 gehalten, so daß ih re Winkel frei eingestellt werden können. Der Hohlspiegel 5 sammelt den La serstrahl 3 in der Einfallsebene, und der Hohlspiegel 6 sammelt den Strahl in einer Ebene, die zu dieser senkrecht steht. Der Winkel δ zwischen der Normalen 7A und der optischen Achse 3A ist nicht kleiner als 60°.

Der Laserstrahl weist eine hohe Richtungstreue auf. Da es sich jedoch um ei nen Lichtstrahl handelt, ist eine gewisse Streuung aufgrund von Beugung nicht zu vermeiden.

Selbst wenn der Laserstrahl 3, der durch den Laser-Oszillator abgegeben wird, eine ebene Welle ist, die einen exakt parallelen Strahl am Austritts punkt bildet, wird die Welle zu einer kugelförmigen Welle mit vorgegebener Divergenz Θ innerhalb des Fraunhofer-Bereichs. Bei Verwendung eines CO₂-Lasers für den Härtevorgang liegt die Divergenz Θ im allgemeinen in der Größenordnung von einigen mrad. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, kann bei einem Laserstrahl 3 mit einem Strahldurchmesser D und einer Divergenz Θ, wenn dieser durch eine Sammellinse 10 der Brennweise f gesammelt wird, angenommen werden, daß der Fokusdurchmesser d₀ nach der Beugungstheorie durch die folgende Näherungsgleichung ausgedrückt werden kann, in der K der Aberrations-Koef fizient der Sammellinse 10 ist:

d₀ = 2 f Θ + K (D³/f²) (1)

Wie weiterhin in Fig. 4 gezeigt ist, gilt bei einem Einfallwinkel δ des Laser strahls 3 und einer Länge der gehärteten Oberfläche W₀ folgende Beziehung:

W₀ · cos δ d₀ (2)

Aus diesen beiden Gleichungen ergibt sich für die Krümmung des Hohlspiegels 5:

W₀ · cos δ 2 f Θ + K (D³/f²) (3)

Wenn die Krümmung des Hohlspiegels 5 so gewählt wird, daß sie dieser Be ziehung entspricht, kann eine gehärtete Schicht der Länge W₀ oder einer größeren Länge erzielt werden, wobei die optische Achse 3A des Laserstrahls mit dem Mittelpunkt der Schicht zusammenfällt.

Wenn der Punktdurchmesser d₀ des Laserstrahls größer ist als notwendig, wird die Energiedichte unzureichend. Es ist daher vorzuziehen, den Mindest wert von d₀ so zu wählen, daß die zuvor aufgestellten Gleichungen gelten.

Die Erfinder haben die Länge der gehärteten Schicht W₀ = 6 mm, den Strahldurchmesser D = 25 mm, den Streuwinkel Θ = 2 mrad, den Aberra tions-Koeffizienten K = 0,0187 und den Einfallwinkel δ des Laserstrahls mit 75° gewählt und eine Rechnung auf der Grundlage der Gleichung (6) durch geführt. Daraus ergab sich eine Brennweite f <388 mm. Auf der Grundlage dieser Berechnung wurde unter Verwendung eines Hohlspiegels mit einer Brennwei te f = 400 mm, einer Laser-Ausgangsenergie von 2,0 kW und einer Schwenk geschwindigkelt des Strahls von 2 m/min gehärtet. Unter diesen Bedingun gen wurde eine zufriedenstellende Härtung erzielt. Die gehärtete Schicht wies keine Unregelmäßigkeiten auf.

Die Krümmung des Hohlspiegels 5 kann auch wie folgt be stimmt werden.

In Fig. 3 ist der Brennpunkt-Abstand S der Abstand zwischen zwei Punkten, an denen die Breite des Laserstrahls 3 gleich √ ist, so daß S durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:

S = 2 d₀ · f/D (4)

Daraus folgt mit Gleichung (1) und der Beziehung:

W₀ · sin δ S (5)

für die Krümmung des Hohlspiegels 5:

W₀ · sin δ 2 {2 f Θ + K (D³/f²)} · f/D (6)

Wenn diese Bedingung erfüllt ist, ist der Laserstrahl 3 im wesentlichen ein paralleler Strahl auf der Oberfläche des Gegenstandes 7, und der Bestrah lungswinkel ist im wesentlichen an allen bestrahlten Punkten derselbe. Die Energiedichte-Verteilung ist symmetrisch auf beiden Seiten der Ebene, die die optische Achse 3A einschließt und senkrecht zur Einfallebene des Laser strahls 3 steht. Es gibt keine Ungleichmäßigkeiten in der Tiefe der gehärte ten Schicht und kein teilweises Schmelzen der gehärteten Oberflächen schicht, so daß eine gleichmäßig gehärtete Schicht der gewünschten Länge W₀ gebildet wird.

Der erste Hohlspiegel 5 liegt näher an dem Laser-Oszillator 1 als der zweite Hohlspiegel 6, bezogen auf die Bahn des Laserstrahls. Dies beruht darauf, wie die Gleichung (4) veranschaulicht, daß bei Vergrößerung des Wertes f die Möglichkeit besteht, einen größeren Wert für die Tiefe des Brennpunktbe reichs S anzusetzen, so daß der Laserstrahl 3 am Einfallspunkt besser parallel verläuft.

Die Laser-Härtevorrichtung umfaßt weiterhin eine Gasdüse 11. Die Gasdüse 11 ist mit einem Düsenkörper 11a versehen, dessen Durchmesser vom Ein laß zum Auslaß zunimmt. Ein Metall-Maschengewebe 12 ist in Querrichtung in der Nähe des Auslasses angeordnet und glättet den Glasstrom. Das Metall- Maschengewebe hat eine solche Maschenweite, daß das Gewebe feiner ist als 20 Maschen pro cm.

Nachdem Schutzgas 13a, das vom Einlaß her eintritt, durch den Düsenkörper 11a geströmt ist, wird der Gasstrom durch das Maschengewebe 12 geglättet, so daß Turbulenzen verhindert werden. Ein laminarer Strom 13b trifft somit auf die Oberfläche des Gegenstandes 7. Dort schützt das Gas die Position, an der eine gehärtete Schicht hergestellt wird, vor dem Zutritt von Sauerstoff. Durch den geglätteten Schutzgasstrom 13b werden auf den Ge genstand 7 die Härtungspositionen daher kontinuierlich abge schirmt, so daß atmosphärische Luft und Sauerstoff nicht zu einem zurückbleibenden Oxid-Film führen können.

Zum Zwecke des Vergleichs haben die Erfinder experimentell einen Här tungsvorgang durchgeführt unter Verwendung des Laserstrahls 3, bei dem ein Gegenstand 7 aus einem niedriggekohlten Stahl unter folgenden Be dingungen angestrahlt wurde: Laser-Ausgangsleistung = 2,5 kW, Einfallwinkel 75°, Strahlabmessungen auf der Oberfläche des Gegenstandes = 6,5 x 6,5 mm, Schwenkgeschwindigkeit des Strahls 1,5 m/min.

Unter diesen Bedingungen wurde ein Vergleich durchgeführt zwischen dem Fall, daß N₂ als Gas mit einem Durchsatz von 30 l/min aus der Düse 11 zuge führt wurde. Der Auslaß wies einen Innendurchmesser von 30 mm auf. Das metallische Maschengewebe wies 40 Maschen pro cm auf und befand sich in einem Punkt, der 10 mm von der Spitze des Auslasses entfernt war. Alternativ wurde der selbe Durchsatz N₂ aus einer herkömmlichen, zylindrischen Düse abgegeben.

Bei diesem Experiment wurde eine schwarze Oxid-Ablagerung auf der gehär teten Position der Oberfläche des Gegenstandes 7 beobachtet, wenn eine herkömmliche zylindrische Gasdüse verwendet wurde. Kein Oxidfilm und keine andere Ablagerung zeigte sich auf der Oberfläche des Gegenstandes 7, wenn die Gasdüse 11 mit dem metallischen Maschengewebe 12 verwendet wurde.

Fig. 5 und 6 zeigen eine weitere Ausführungsform der Gasdüse.

Die Gasdüse 21 ist mit einem Kanal 21a mit rechteckigem Querschnitt versehen, der einen Laserstrahl 3 aufnimmt, der durch einen Schutzgaskanal 21e umgeben ist. Der Kanal 21a ist derart ausgebildet, daß die optische Achse 3A des Laserstrahls 3 in ihrer Mitte liegt, und der Schutzgaskanal 21e ist parallel zu dem Gaskanal 21a ausgebildet. Der Auslaß 21c ist am Ende 21b bzw. an der Spitze der Gasdüse 21 parallel zu der Oberfläche des Gegenstandes 7 ausgebildet. Ein metallisches Maschengewebe 21d zum Glätten des Schutzgasstroms kreuzt den Gaskanal 21a.

Ein Gaseinlaß 21f zum Zuführen von Schutzgas in den Schutzgaskanal 21e befindet sich auf dem äußeren Umfang der Gasdüse 21.

Die Erfinder haben wiederum versuchsweise Härtungsvorgänge durchgeführt unter Verwendung dieser Ausführungsform. Als Gegenstand 7 wurde ein sol cher aus niedriggekohltem Stahl verwendet. Die Gasdüse 21 ent hielt ein Maschengewebe aus nichtrostendem Stahl mit 60 Maschen pro cm. N₂-Gas mit einem Durchsatz von 20 l/min wurde als Schutz gas zugeführt. Diese Laserleistung betraf 2.0 kW, und die Schwenkgeschwin digkeit des Strahls 2,0 m/min. Der Einfallwinkel δ betrug 79°. Im Gegensatz zu dem Fall, in dem das Schutzgas mit Hilfe einer herkömmlichen zylindri schen Düse zugeführt wurde, entstand eine gleichmäßig gehärtete Schicht ohne erkennbares teilweises Anschmelzen.

Fig. 7 und 8 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die sich auf die Konstruktion der Gasdüse bezieht. Bei dieser Ausführungsform werden zwei Gasdüsen 31 und 32 verwendet, wie Fig. 8 zeigt. Die Gasdüse 31 befin det sich zwischen dem einfallenden Strahl und der Oberfläche des Gegen standes 7, während die Gasdüse 32 zwischen dem einfallenden Strahl und dem von der Oberfläche des Gegenstandes 7 reflektierten Strahl angeordnet ist.

Die Gasdüse 31 weist einen Gaskanal 31a und einen Auslaß 31c am Ende dieses Kanals auf. Ein Einlaß 31e dient zum Zuführen von Schutzgas zu dem Gaskanal 31. Ein offenes Ende 31b des Auslasses 31c liegt parallel zu dem Gegenstand 7. Ein Metall-Maschengewebe 31d dient zum Glätten des Gasstromes und ist in dem Auslaß 31c mit geringem Abstand zum Ende 31b der Gasdüse 31 angeordnet.

Die Gasdüse 32 umfaßt einen Gaskanal 32a, einen Auslaß 32c, einen Einlaß 32e zum Einleiten von Schutzgas und einen Gaskanal 32b.

Der Auslaß 32c wird gebildet aus einer Anzahl von nebeneinander liegenden, zylindrischen Teilen 32c₁, 32c₂, 32c₃ mit offenen Enden 32b. Die offenen Enden 32b liegen parallel zu der Achse 3A des auf den Ge genstand 7 einfallenden Laserstrahls zwischen dem einfallenden Laserstrahl und der Normalen 7A zu der Oberfläche des Gegenstandes 7, während sie parallel zu der Achse 3a des von dem Gegenstand 7 reflektierten Laserstrahls zwischen der Normalen 7A und dem reflektierten Laser strahl liegen.

Die Gasdüsen 31 und 32 liegen innerhalb eines Gehäuses 33, das gemäß Fig. 7 einteilig ausgebildet ist. Ein Kanal 34 für den Laserstrahl verläuft durch das Gehäuse 33 zwischen den Gasdüsen 31, 32.

Bei dieser Konstruktion wird Schutzgas, das durch die Einlässe 31e und 32e zugeführt wird, wenn der Laserstrahl 3 die Oberfläche des Gegenstandes 7 bestrahlt, in Richtung des Gegenstandes durch die Auslässe 31c und 32c geblasen. Da der aus dem Auslaß 31c austretende Gasstrom durch das metalli sche Maschengewebe 31d geglättet wird, und da der Gasstrom, der aus dem Auslaß 32c austritt, durch die zylindrischen Teile 32c₁, 32c₂ geglättet wird, vermischt sich keine Luft mit dem Schutzgas, so daß die durch den Laser strahl bestrahlten Teile vollständig gegenüber der Luft abgeschirmt werden. Da der Laserstrahl 3 nicht in Berührung mit dem Gehäuse 33 kommt, besteht nicht das Risiko, daß das Gehäuse 33 durch den Laserstrahl 3 beschädigt wird.

Im Hinblick auf diese Ausführungsform haben die Erfinder Versuche gemacht mit einem Maschengewebe von 60 Maschen pro cm, das aus nichtrosten dem Stahl besteht und mit 31d bezeichnet ist. Aluminiumteile in Bienenwa ben-Konstruktion wurden als zylindrische Teile 32c₁, 32c₂ verwendet.

Auch hier bestand der gehärtete Gegenstand aus niedriggekohltem Stahl in der Form einer Platte. Die Laserleistung betrug 2,0 kW, die Schwenkgeschwindigkeit des Strahls 2,0 m/min, und der Einfallswinkel des Laserstrahls 79°. Es entstand eine gleichförmig gehärtete Schicht ohne teil weise Anschmelzungen.

Claims

1. Laser-Härtungsvorrichtung zur Bildung einer gehärteten Schicht auf einem Gegenstand (7) durch Bestrahlen einer Oberfläche des Gegenstandes, mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Schutzgasstromes und mit einem Oszillator (1) zum Abgeben eines in einer Einfallebene, die die Normale (7A) zu dem Gegenstand und die optische Achse (3A) des Laserstrahls enthält, linear polarisierten Laserstrahls (3), gekennzeichnet durch einen ersten Hohlspiegel (5) zum Fokussieren des Laserstrahls (3) in der Einfallebene, einen zweiten schwenkbaren Hohlspiegel (6) zum Fokussieren des Laserstrahls (3) in einer zu der Einfallsebene senkrechten Ebene, welcher erste Hohlspiegel (5), bezogen auf die Bahn des Laserstrahls (3), näher an dem Oszillator (1) liegt als der schwenkbare Hohlspiegel (6), und durch die folgende Beziehung für die Krümmung des ersten Hohlspiegels (5): W₀ · cos δ 2 f Θ + K (D³/f²)In dieser Ungleichung ist D der Durchmesser des Laserstrahls, der durch den Oszillator abgegeben wird, Θ die Divergenz des Laserstrahls, K der Aberrations-Koeffizient des ersten Hohlspiegels (5), f die Brennweite des ersten Hohlspiegels (5), δ der Einfallwinkel des Laserstrahls und W₀ die Länge der gehärteten Schicht auf der Oberfläche des Gegenstandes.

2. Laser-Härtungsvorrichtung zur Bildung einer gehärteten Schicht auf einem Gegenstand (7) durch Bestrahlen einer Oberfläche des Gegenstandes, mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Schutzgasstromes und mit einem Oszillator (1) zum Abgeben eines in einer Einfallebene, die die Normale (7A) zu dem Gegenstand und die optische Achse (3A) des Laserstrahls enthält, linear polarisierten Laserstrahls (3), gekennzeichnet durch einen ersten Hohlspiegel (5) zum Fokussieren des Laserstrahls (3) in der Einfallebene, einen zweiten schwenkbaren Hohlspiegel (6) zum Fokussieren des Laserstrahls (3) in einer zu der Einfallsebene senkrechten Ebene, welcher erste Hohlspiegel (5), bezogen auf die Bahn des Laserstrahls (3), näher an dem Oszillator (1) liegt als der schwenkbare Hohlspiegel (6), und durch die folgende Beziehung für die Krümmung des ersten Hohlspiegels (5): W₀ · sin δ 2 {2 f Θ + K (D³/f²)} · f/DIn dieser Ungleichung ist D der Durchmesser des Laserstrahls, der durch den Oszillator abgegeben wird, Θ die Divergenz des Laserstrahls, K der Aberrations-Koeffizient des ersten Hohlspiegels (5), f die Brennweite des ersten Hohlspiegels (5), δ der Einfallwinkel des Laserstrahls und W₀ die Länge der gehärteten Schicht auf der Oberfläche des Gegenstandes.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Gasdüse (11, 21, 31, 32), die den Schutzgasstrom auf die Oberfläche des Gegenstandes bläst und eine Glättungseinrichtung (12, 21d, 31d, 32c) zur Glättung des Schutzgasstroms.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Glättungseinrichtung ein feines Maschengewebe mit einer Maschenzahl von nicht weniger als 20 Maschen/cm umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdüse (11, 21) einen Kanal (21a) zum Hindurchführen des Laserstrahls in Richtung auf die Oberfläche des Gegenstandes (7) ein Schutzgas kanal (21e) umgibt, und daß der Schutzgas kanal einen Auslaß aufweist, der parallel zu der Oberfläche des Gegenstandes (7) liegt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdüse eine erste Gasdüse (31) zwischen dem Gegenstand (7) und dem Laserstrahl (3), der auf den Gegenstand (7) fällt, und eine zweite Gasdüse (32) umfaßt, die zwischen dem einfallenden Laserstrahl und dem reflektierten Laserstrahl liegt, welche erste Gasdüse (31) einen Auslaß (31c) aufweist, der parallel zu der Oberfläche des Gegenstandes (7) liegt, und welche zweite Gasdüse (32) einen Auslaß (32c) aufweist, der aus einer Anzahl von nebeneinander liegenden zylindrischen Teilen (32c₁, 32c₂, 32₃) mit offenen Enden besteht, die parallel zu der Achse (33A) des einfallenden Laserstrahls (3) im Bereich zwischen der Normalen (7A) und dem einfallenden Laserstrahl (3) und parallel zu der Achse (3a) des von dem Gegenstand (7) reflektierten Laserstrahls im Bereich zwischen der Normalen (7A) und dem reflektierten Laserstrahl liegen.