現(xiàn)代激光加工技術(shù)在金屬加工領(lǐng)域的應(yīng)用

現(xiàn)代激光加工技術(shù)在金屬加工領(lǐng)域的應(yīng)用

自1960年美國(guó)科學(xué)家梅曼研制出第一臺(tái)紅寶石激光器，隨著世界科技與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要激光技術(shù)有了迅速發(fā)展尤其近十幾年來(lái)的發(fā)展更為迅速，從而也極大地促進(jìn)了激光加工技術(shù)的更廣泛應(yīng)用。激光與普通光相比有4個(gè)特性，即單色性(單一波長(zhǎng))、相干性，方向性和高光強(qiáng)。激光束易于傳輸其時(shí)間特性和空間特性可以分別控制經(jīng)聚焦后可得到極小的光斑，具有極高功率密度的激光光束可以熔化、氣化任何材料也可進(jìn)行局部區(qū)域的精密快速加工加工過程中輸入工件的熱量小熱影響區(qū)和熱變形小;加工效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化激光技術(shù)是一門綜合性高新技術(shù)涉及光學(xué)、機(jī)械學(xué)、電子學(xué)等學(xué)科同樣激光加工設(shè)備也涉及到眾多學(xué)科因而決定了它的高科技性和高收益率縱觀國(guó)際和國(guó)內(nèi)激光應(yīng)用場(chǎng)情況經(jīng)過多年來(lái)的研究開發(fā)和完善，當(dāng)代的激光器和激光加工技術(shù)與設(shè)備已相當(dāng)成熟形成系列激光加工工藝。此外各種新的激光加工工藝還在不斷涌現(xiàn)從國(guó)際范圍的實(shí)際應(yīng)用比例來(lái)看激光加工主要用于切割、焊接、表面處理、打標(biāo)和打孔等。二維和三維激光切割占激光應(yīng)用的65%激光焊接占20%左右激光打孔、打標(biāo)占10%以下而激光表面處理包括激光相變硬化、激光熔敷、激光表面合金化和激光表面熔凝等僅占5%左右。從國(guó)內(nèi)激光加工技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用來(lái)看.已有越來(lái)越多的用戶認(rèn)識(shí)到激光加工獨(dú)特的優(yōu)異性能和高柔性、高效率。目前在航空航天領(lǐng)域、汽車制造業(yè)、開關(guān)行業(yè)、齒輪行業(yè)、鐵路機(jī)車制造業(yè)和金屬材料加工行業(yè)都早已普及了激光技術(shù)。

一、激光切割的特點(diǎn)及應(yīng)用

激光切割是當(dāng)前各國(guó)應(yīng)用最多的激光加工技術(shù)在國(guó)外許多領(lǐng)域.例如，汽車制造業(yè)和機(jī)床制造業(yè)都采用激光切割進(jìn)行鈑金零部件的加工隨著大功率激光器光束質(zhì)量的東斷提高激光切割的加工對(duì)象范圍之廣.幾乎包括了所有的金屬和非金屬材料。例如r可以利用激光對(duì)高硬度、高脆性、高熔點(diǎn)的材料進(jìn)行形狀復(fù)雜的三維立體零件切割這也正是激光切割的優(yōu)勢(shì)所在。

二 激光切割的主要優(yōu)點(diǎn)

1. 激光切割為非接觸光學(xué)熱加工，被譽(yù)為”永不磨損的萬(wàn)能工具“工件可以進(jìn)行任意形式的緊密排料或套裁，使原材料得到充分利用。由于是非接觸加工，加工后的零件沒有任何形變。

2. 激光切割的效率高。以1 mm厚的鋁合金板為例切割速度可達(dá)40 m/min。高效率使得單件加工成本成幾何級(jí)數(shù)地降低甚至低于傳統(tǒng)加工方法。

3. 激光切割無(wú)需刀具和模具。在計(jì)算機(jī)控制下，可直接實(shí)現(xiàn)二維、三維上任意形狀的板類和殼體類零件的柔性加工.特別適用于新產(chǎn)品研制開發(fā)階段的多品種、小批量的飯金類零件的加工可省去費(fèi)用很高的模具設(shè)計(jì)、制造費(fèi)極大地縮短生產(chǎn)周期。

4. 激光切割的切縫極小切縫一般在0.15-0.4 mm之間。切口光潔、無(wú)毛刺甚至可直接加工一定精度的傳遞用直齒輪成品。

三、激光焊接的特點(diǎn)及應(yīng)用

激光焊接是一種高速度、非接觸、變形極小的焊接方式非常適合大量而連續(xù)的在線加工。隨著激光設(shè)備和加工技術(shù)的發(fā)展激光焊接能力也在不斷增強(qiáng)。目前使用4kW的激光器焊接1 mm的板材焊接速度高達(dá)20 m/min，例如汽車行業(yè)的轎車箱底的大板拼接焊接工作等。激光焊接的方式主要有傳導(dǎo)焊和穿透焊兩種。目前全球的激光應(yīng)用主要以穿透焊為主。激光焊接是激光材料加工激光器下LF2700Ha技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一。

四、激光焊接的優(yōu)勢(shì)

最早獲得“國(guó)家激光試驗(yàn)室”稱號(hào)的是武漢法利萊公司，其生產(chǎn)的激光焊接機(jī)與其他焊接技術(shù)比較主要優(yōu)點(diǎn)是:

1、激光焊接速度快焊縫深寬比很大(可達(dá)5-10)，變形小。

2、極適合于精密件、箱體件和有密封要求焊接件的加工。激光束經(jīng)聚集后可獲得很小的光斑，且能精密定位.可應(yīng)用于大批量自動(dòng)化生產(chǎn).不僅生產(chǎn)效率大大提高且熱影響區(qū)小‘焊點(diǎn)無(wú)污染，大大提高了焊接的質(zhì)量。

3、激光焊縫機(jī)械性能好一般焊縫的機(jī)械性能均強(qiáng)于母材。

4、焊接時(shí)無(wú)需屏蔽或真空環(huán)境，對(duì)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)意義很大。

5、通過激光送絲焊接和激光送粉焊接等新工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)激光產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，并開拓了激光焊接的應(yīng)用領(lǐng)域

6、可焊接難以接近的部位，實(shí)施非接觸遠(yuǎn)距離焊接。尤其是近幾年來(lái)在YAG激光加工技術(shù)中采用了光纖傳輸技術(shù)使激光焊接技術(shù)獲得了更廣泛的推廣與應(yīng)用。

總之激光焊接有如下優(yōu)勢(shì):高強(qiáng)度超長(zhǎng)壽命:高焊接速度效率高搭接接口工藝簡(jiǎn)單廢品率低低定位精度適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)主要應(yīng)用于軍工企業(yè)、食品工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、石化工業(yè)。

五.典型應(yīng)用

1、熱交換器激光焊接技術(shù)的應(yīng)用

激光焊接以其高可靠性和高效率在熱交換器行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。熱交換器行業(yè)的產(chǎn)品r普遍存在焊縫多結(jié)構(gòu)復(fù)雜工作環(huán)境惡劣等問題制約著產(chǎn)品的發(fā)展。激光焊接技術(shù)在此行業(yè)的成功應(yīng)用，不但提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，還大幅度降低了制造成本和生產(chǎn)周期。國(guó)外相關(guān)產(chǎn)品已被大規(guī)模地廣泛應(yīng)用。

2、激光焊接在開關(guān)行業(yè)的應(yīng)用

高壓六氟化硫開關(guān)柜是高壓開關(guān)行業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品此產(chǎn)品要求30年以上自然環(huán)境下的可靠密封性。傳統(tǒng)焊接方法對(duì)如此大的箱體零件不但要面對(duì)箱體加工后形變、氣密性不好等問題還要面對(duì)加工效率低.高成本等諸多問題。模塊化設(shè)計(jì)的三維激光加工機(jī)床就可實(shí)現(xiàn)帶有曲面的開關(guān)箱體激光焊接任務(wù)

特殊的焊接功率控制選項(xiàng)、焊縫跟蹤系統(tǒng)、可編程保護(hù)氣系統(tǒng)和激光送絲焊接裝置使得焊接質(zhì)量完全滿足了大批量產(chǎn)業(yè)化的要求。三維編程軟件的采用不但大大地提高了效率而且廢品率降為最低。現(xiàn)在世界上著名的高壓開關(guān)廠商都使用通快公司的三維激光加工設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)部件的切割和焊接應(yīng)用。例如，在歐洲的歐瑪一嘉寶公司、ABB公司和西門子公司均使用通快公司的三維設(shè)備進(jìn)行高壓SF6。電氣柜箱體的切割和焊接工作。不久的將來(lái)國(guó)內(nèi)也將有開關(guān)行業(yè)的用戶進(jìn)行此類應(yīng)用。

3、激光焊接在齒輪加工的應(yīng)用

激光焊接齒輪的工藝從根本上改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造理念為齒輪箱體類部件的加工提供了更好的經(jīng)濟(jì)比和更為緊湊的結(jié)構(gòu)使用激光焊接齒輪工藝需要先加工整個(gè)環(huán)狀長(zhǎng)齒圈然后截成若干個(gè)齒圈.再分別根據(jù)齒輪箱的要求焊在傳動(dòng)軸上。

激光加工技術(shù)已在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用隨著激光加工技術(shù)、設(shè)備、工藝研究的不斷深入將具有更廣闊的應(yīng)用前景。