激光加工技術(shù)

卓輝激光

一,、技術(shù)概述
1 y5 a% C" f% U  K- p$ o激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對材料（包括金屬與非金屬）進(jìn)行切割,、焊接、表面處理,、打孔及微加工等的一門加工技術(shù),。激光加工技術(shù)是涉及到光,、機(jī),、電,、材料及檢測等多門學(xué)科的一門綜合技術(shù)，它的研究范圍一般可分為：
8 K2 c0 I, f3 ^4 H$ D/ e1．激光加工系統(tǒng),。包括激光器,、導(dǎo)光系統(tǒng),、加工機(jī)床,、控制系統(tǒng)及檢測系統(tǒng)。
2．激光加工工藝,。包括切割,、焊接、表面處理,、打孔,、打標(biāo)、劃線,、微調(diào)等各種加工工藝,。


6 m. T5 ^  V! n' X/ Y/ T) R二、現(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展趨勢
作為20世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主要標(biāo)志和現(xiàn)代信息社會光電子技術(shù)的支柱之一,，激光技術(shù)和激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到世界先進(jìn)國家的高度重視,。
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/ f; Y5 S' V$ R3 H1 {激光加工是國外激光應(yīng)用中最大的項目，也是對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造的重要手段，主要是kW級到10kW級CO2激光器和百瓦到千瓦級YAG激光器實現(xiàn)對各種材料的切割,、焊接,、打孔、刻劃和熱處理等,。據(jù)1997~1998年的最新激光市場評述和預(yù)測,，1997年全世界總激光器市場銷售額達(dá)32.2億美元，比1996年增長14％,，其中材料加工為8.29億美元,，醫(yī)療應(yīng)用3億美元，研究領(lǐng)域1.5億美元,。1998年總收入預(yù)計增長19％,，可達(dá)到38.2億美元。其中占第一位的材料加工預(yù)計超過10億美元,，醫(yī)用激光器是國外第二大應(yīng)用,。
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! U) ~  |6 v  O/ G  w) i# W' v激光加工應(yīng)用領(lǐng)域中，CO2激光器以切割和焊接應(yīng)用最廣,，分別占到70％和20％,，表面處理則不到10％。而YAG激光器的應(yīng)用是以焊接,、標(biāo)記（50％）和切割（15％）為主,。在美國和歐洲CO2激光器占到了70~80％。我國激光加工中以切割為主的占10％,，其中98％以上的CO2激光器,，功率在1.5kW~2kW范圍內(nèi)，而以熱處理為主的約占15％,，大多數(shù)是進(jìn)行激光處理汽車發(fā)動機(jī)的汽缸套,。這項技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和社會效益都很高，故有很大的市場前景,。

在汽車工業(yè)中,，激光加工技術(shù)充分發(fā)揮了其先進(jìn)、快速,、靈活地加工特點,。如在汽車樣機(jī)和小批量生產(chǎn)中大量使用三維激光切割機(jī)，不僅節(jié)省了樣板及工裝設(shè)備,，還大大縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期,；激光束在高硬度材料和復(fù)雜而彎曲的表面打小孔，速度快而不產(chǎn)生破損,；激光焊接在汽車工業(yè)中已成為標(biāo)準(zhǔn)工藝,，日本Toyota已將激光用于車身面板的焊接,，將不同厚度和不同表面涂敷的金屬板焊接在一起，然后再進(jìn)行沖壓,。雖然激光熱處理在國外不如焊接和切割普遍,，但在汽車工業(yè)中仍應(yīng)用廣泛，如缸套,、曲軸,、活塞環(huán)、換向器,、齒輪等零部件的熱處理,。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，激光加工技術(shù)和計算機(jī)數(shù)控技術(shù)及柔性制造技術(shù)相結(jié)合,，派生出激光快速成形技術(shù),。該項技術(shù)不僅可以快速制造模型，而且還可以直接由金屬粉末熔融,，制造出金屬模具,。
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到了80年代，YAG激光器在焊接,、切割,、打孔和標(biāo)記等方面發(fā)揮了越來越大作用。通常認(rèn)為YAG激光器切割可以得到好的切割質(zhì)量和高的切割精度,，但在切割速度上受到限制,。隨著YAG激光器輸出功率和光束質(zhì)量的提高而被突破。YAG激光器已開始擠進(jìn)kw級CO2激光器切割市場,。YAG激光器特別適合焊接不允許熱變形和焊接污染的微型器件,，如鋰電池、心臟起搏器,、密封繼電器等,。YAG激光器打孔已發(fā)展成為最大的激光加工應(yīng)用。

目前,，國外激光打孔主要應(yīng)用在航空航天,、汽車制造,、電子儀表,、化工等行業(yè)。激光打孔的迅速發(fā)展,，主要體現(xiàn)在打孔用YAG激光器的平均輸出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w,。打孔峰值功率高達(dá)30~50kw，打孔用的脈沖寬度越來越窄,，重復(fù)頻率越來越高,，激光器輸出參數(shù)的提高，很大程度上改善了打孔質(zhì)量，提高了打孔速度,，也擴(kuò)大了打孔的應(yīng)用范圍,。國內(nèi)目前比較成熟的激光打孔的應(yīng)用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產(chǎn)及手表寶石軸承的生產(chǎn)中。
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目前激光加工技術(shù)研究開發(fā)的重點可歸納為：
－－－新一代工業(yè)激光器研究,，目前處在技術(shù)上的更新時期,，其標(biāo)志是二極管泵浦全固態(tài)激光器的發(fā)展及應(yīng)用；
－－－精細(xì)激光加工,，在激光加工應(yīng)用統(tǒng)計中微細(xì)加工1996年只占6％,，1997年翻了一倍達(dá)12％，1998年已增加到19％,；
  t9 K! e6 n  x－－－加工系統(tǒng)智能化,，系統(tǒng)集成不僅是加工本身，而是帶有實時檢測,、反饋處理,，隨著專家系統(tǒng)的建立，加工系統(tǒng)智能化已成為必然的發(fā)展趨勢,。
2 C5 Z/ {- y( S9 T7 n- W1 ]. }* e* `2 f激光技術(shù)在我國經(jīng)過30多年的發(fā)展,，取得了上千項科技成果，許多已用于生產(chǎn)實踐,，激光加工設(shè)備產(chǎn)量平均每年以20％的速度增長,，為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造、提高產(chǎn)品質(zhì)量解決了許多問題,，如激光毛化纖技術(shù)正在寶鋼,、本鋼等大型鋼廠推廣，將改變我國汽車覆蓋件的鋼板完全依賴進(jìn)口的狀態(tài),，激光標(biāo)記機(jī)與激光焊接機(jī)的質(zhì)量,、功能、價格符合國內(nèi)目前市場的需求,，市場占有率達(dá)90％以上,。

存在的主要問題：
0 r) G6 p; A6 V9 Z－－－科研成果轉(zhuǎn)化為商品的能力差，許多有市場前景的成果停留在實驗室的樣機(jī)階段,；
: N8 `# c# j! D2 B. U  {－－－激光加工系統(tǒng)的核心部件激光器的品種少,、技術(shù)落后、可靠性差,。國外不僅二級管泵浦的全固態(tài)激光器已用于生產(chǎn)過程中,，而且二級管激光器也被應(yīng)用，而我國二極管泵浦的全固態(tài)激光器還處在剛開始研究開發(fā)階段,。
－－－對加工技術(shù)的研究少,，尤其對精細(xì)加工技術(shù)的研究更為薄弱,，對紫外波激光進(jìn)行加工的研究進(jìn)行的極少。
－－－激光加工設(shè)備的可靠性,、安全性,、可維修性、配套性較差,，難以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要,。
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三、“十五”目標(biāo)及主要研究內(nèi)容
1．目標(biāo)
“十五”的主要工作是促進(jìn)激光加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,，保持激光器年產(chǎn)值20％的平均增長率,，實現(xiàn)年產(chǎn)值200億元以上；在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中普及和推廣加工技術(shù),，重點完成電子,、汽車、鋼鐵,、石油,、造船、航空等傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用激光技術(shù)進(jìn)行改造的示范工程,；為信息,、材料、生物,、能源,、空間、海洋等六大高科技領(lǐng)域提供嶄新的激光設(shè)備和儀器,。
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! V; m5 j' G- k7 b7 M( w$ K2．主要研究內(nèi)容
( }% a! ]; Q- j（1）激光加工用大功率CO2和固體激光器及準(zhǔn)分子激光器的引進(jìn)機(jī)型研究,，提高國產(chǎn)機(jī)水平；同時開發(fā)和研制專用配套的激光加工機(jī)床,，提高激光器產(chǎn)品在生產(chǎn)線上穩(wěn)定運(yùn)行的周期,，力爭在國內(nèi)建立較全面的加工用激光器的生產(chǎn)基地。
（2）建立激光加工設(shè)備參數(shù)的檢測手段,，并進(jìn)行方法研究,。
7 m: W8 `% N" e: q! N( X（3）激光切割技術(shù)研究。對現(xiàn)有的激光切割系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化,，提供性能好,、價格便宜的2－3軸數(shù)控CO2切割機(jī)，并開展相應(yīng)的切割工藝的研究,，使該工藝廣泛用于材料加工,、汽車,、航天及造船等領(lǐng)域,。為此應(yīng)著重在激光器外圍裝置,，如：導(dǎo)光系統(tǒng)、過程監(jiān)測和控制,、噴咀,、浮動裝置的設(shè)計和研制以及CAD／CAM等方面開展工作。
1 d  w# X3 B6 c4 f. c$ N7 w（4）激光焊接技術(shù)研究,。開展激光焊接工藝及材料,、焊接工藝對設(shè)備要求及焊接過程參數(shù)監(jiān)測和控制技術(shù)研究，從而掌握普通鋼材,、有色金屬及特殊鋼材的焊接工藝,。
. B7 d# s' J, A1 V9 S+ `# {（5）激光表面處理技術(shù)研究。開展維CAD／CAM技術(shù),、激光表面處理工藝,、材料性能及激光表面處理工藝參數(shù)監(jiān)測和控制研究，使激光表面處理工藝能較大幅度的應(yīng)用于生產(chǎn),。
. X% ~! ^9 r4 e. U: p（6）激光加工光束質(zhì)量及加工外圍裝置研究,。研究各種激光加工工藝對激光光束的質(zhì)量要求、激光光束和加工質(zhì)量監(jiān)控技術(shù),，光學(xué)系統(tǒng)及加工頭設(shè)計和研制,。
（7）擇優(yōu)支持2~3個國家級加工技術(shù)研究中心，開展激光加工工藝技術(shù)研究,，重點是材料表面改性和熱處理方面的研究和推廣應(yīng)用,；開展激光快速成形技術(shù)的應(yīng)用研究，拓寬激光應(yīng)用領(lǐng)域,。

天氣

好資料,，建議放入《制造理論》版塊。,。畢竟激光加工并不只限于鈑金加工