現(xiàn)代激光加工技術在金屬加工領域的應用

現(xiàn)代激光加工技術在金屬加工領域的應用

自1960年美國科學家梅曼研制出第一臺紅寶石激光器，隨著世界科技與經(jīng)濟發(fā)展的需要激光技術有了迅速發(fā)展尤其近十幾年來的發(fā)展更為迅速，從而也極大地促進了激光加工技術的更廣泛應用。激光與普通光相比有4個特性，即單色性(單一波長)、相干性，方向性和高光強。激光束易于傳輸其時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，易于實現(xiàn)自動化激光技術是一門綜合性高新技術涉及光學、機械學、電子學等學科同樣激光加工設備也涉及到眾多學科因而決定了它的高科技性和高收益率縱觀國際和國內(nèi)激光應用場情況經(jīng)過多年來的研究開發(fā)和完善，當代的激光器和激光加工技術與設備已相當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)從國際范圍的實際應用比例來看激光加工主要用于切割、焊接、表面處理、打標和打孔等。二維和三維激光切割占激光應用的65%激光焊接占20%左右激光打孔、打標占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。從國內(nèi)激光加工技術的發(fā)展和應用來看.已有越來越多的用戶認識到激光加工獨特的優(yōu)異性能和高柔性、高效率。目前在航空航天領域、汽車制造業(yè)、開關行業(yè)、齒輪行業(yè)、鐵路機車制造業(yè)和金屬材料加工行業(yè)都早已普及了激光技術。

一、激光切割的特點及應用

激光切割是當前各國應用最多的激光加工技術在國外許多領域.例如，汽車制造業(yè)和機床制造業(yè)都采用激光切割進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可以利用激光對高硬度、高脆性、高熔點的材料進行形狀復雜的三維立體零件切割這也正是激光切割的優(yōu)勢所在。

二 激光切割的主要優(yōu)點

1. 激光切割為非接觸光學熱加工，被譽為”永不磨損的萬能工具“工件可以進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40 m/min。高效率使得單件加工成本成幾何級數(shù)地降低甚至低于傳統(tǒng)加工方法。

3. 激光切割無需刀具和模具。在計算機控制下，可直接實現(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用很高的模具設計、制造費極大地縮短生產(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、激光焊接的特點及應用

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。隨著激光設備和加工技術的發(fā)展激光焊接能力也在不斷增強。目前使用4kW的激光器焊接1 mm的板材焊接速度高達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焊和穿透焊兩種。目前全球的激光應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技術應用的重要方面之一。

四、激光焊接的優(yōu)勢

最早獲得“國家激光試驗室”稱號的是武漢法利萊公司，其生產(chǎn)的激光焊接機與其他焊接技術比較主要優(yōu)點是:

1、激光焊接速度快焊縫深寬比很大(可達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.可應用于大批量自動化生產(chǎn).不僅生產(chǎn)效率大大提高且熱影響區(qū)小‘焊點無污染，大大提高了焊接的質(zhì)量。

3、激光焊縫機械性能好一般焊縫的機械性能均強于母材。

4、焊接時無需屏蔽或真空環(huán)境，對工業(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，實現(xiàn)激光產(chǎn)業(yè)化應用，并開拓了激光焊接的應用領域

6、可焊接難以接近的部位，實施非接觸遠距離焊接。尤其是近幾年來在YAG激光加工技術中采用了光纖傳輸技術使激光焊接技術獲得了更廣泛的推廣與應用。

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

五.典型應用

1、熱交換器激光焊接技術的應用

激光焊接以其高可靠性和高效率在熱交換器行業(yè)得到了廣泛的應用。熱交換器行業(yè)的產(chǎn)品r普遍存在焊縫多結構復雜工作環(huán)境惡劣等問題制約著產(chǎn)品的發(fā)展。激光焊接技術在此行業(yè)的成功應用，不但提高了產(chǎn)品的競爭力，還大幅度降低了制造成本和生產(chǎn)周期。國外相關產(chǎn)品已被大規(guī)模地廣泛應用。

2、激光焊接在開關行業(yè)的應用

高壓六氟化硫開關柜是高壓開關行業(yè)的主導產(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)焊接方法對如此大的箱體零件不但要面對箱體加工后形變、氣密性不好等問題還要面對加工效率低.高成本等諸多問題。模塊化設計的三維激光加工機床就可實現(xiàn)帶有曲面的開關箱體激光焊接任務

特殊的焊接功率控制選項、焊縫跟蹤系統(tǒng)、可編程保護氣系統(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�，F(xiàn)在世界上著名的高壓開關廠商都使用通快公司的三維激光加工設備進行相應部件的切割和焊接應用。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備進行高壓SF6。電氣柜箱體的切割和焊接工作。不久的將來國內(nèi)也將有開關行業(yè)的用戶進行此類應用。

3、激光焊接在齒輪加工的應用

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

激光加工技術已在眾多領域得到廣泛應用隨著激光加工技術、設備、工藝研究的不斷深入將具有更廣闊的應用前景。