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标题: 激光加工技术 [打印本页]

作者: 乏味 时间: 2003-3-14 19:49
标题: 激光加工技术
一、技术概述
激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料（包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门加工技术。激光加工技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，它的研究范围一般可分为：
  1．激光加工系统。包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。
  2．激光加工工艺。包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微调等各种加工工艺。
二、现状及国内外发展趋势
作为20世纪科学技术发展的主要标志和现代信息社会光电子技术的支柱之一，激光技术和激光产业的发展受到世界先进国家的高度重视。
  激光加工是国外激光应用中最大的项目，也是对传统产业改造的重要手段，主要是kW级到10kW级CO2激光器和百瓦到千瓦级YAG激光器实现对各种材料的切割、焊接、打孔、刻划和热处理等。据1997~1998年的最新激光市场评述和预测，1997年全世界总激光器市场销售额达32.2亿美元，比1996年增长14％，其中材料加工为8.29亿美元，医疗应用3亿美元，研究领域1.5亿美元。1998年总收入预计增长19％，可达到38.2亿美元。其中占第一位的材料加工预计超过10亿美元，医用激光器是国外第二大应用。
  激光加工应用领域中，CO2激光器以切割和焊接应用最广，分别占到70％和20％，表面处理则不到10％。而YAG激光器的应用是以焊接、标记（50％）和切割（15％）为主。在美国和欧洲CO2激光器占到了70~80％。我国激光加工中以切割为主的占10％，其中98％以上的CO2激光器，功率在1.5kW~2kW范围内，而以热处理为主的约占15％，大多数是进行激光处理汽车发动机的汽缸套。这项技术的经济性和社会效益都很高，故有很大的市场前景。
  在汽车工业中，激光加工技术充分发挥了其先进、快速、灵活地加工特点。如在汽车样机和小批量生产中大量使用三维激光切割机，不仅节省了样板及工装设备，还大大缩短了生产准备周期；激光束在高硬度材料和复杂而弯曲的表面打小孔，速度快而不产生破损；激光焊接在汽车工业中已成为标准工艺，日本Toyota已将激光用于车身面板的焊接，将不同厚度和不同表面涂敷的金属板焊接在一起，然后再进行冲压。虽然激光热处理在国外不如焊接和切割普遍，但在汽车工业中仍应用广泛，如缸套、曲轴、活塞环、换向器、齿轮等零部件的热处理。在工业发达国家，激光加工技术和计算机数控技术及柔性制造技术相结合，派生出激光快速成形技术。该项技术不仅可以快速制造模型，而且还可以直接由金属粉末熔融，制造出金属模具。
  到了80年代，YAG激光器在焊接、切割、打孔和标记等方面发挥了越来越大作用。通常认为YAG激光器切割可以得到好的切割质量和高的切割精度，但在切割速度上受到限制。随着YAG激光器输出功率和光束质量的提高而被突破。YAG激光器已开始挤进kw级CO2激光器切割市场。YAG激光器特别适合焊接不允许热变形和焊接污染的微型器件，如锂电池、心脏起搏器、密封继电器等。YAG激光器打孔已发展成为最大的激光加工应用。
  目前，国外激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。激光打孔的迅速发展，主要体现在打孔用YAG激光器的平均输出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。打孔峰值功率高达30~50kw，打孔用的脉冲宽度越来越窄，重复频率越来越高，激光器输出参数的提高，很大程度上改善了打孔质量，提高了打孔速度，也扩大了打孔的应用范围。国内目前比较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和天然金刚石拉丝模的生产及手表宝石轴承的生产中。
  目前激光加工技术研究开发的重点可归纳为：
  －－－新一代工业激光器研究，目前处在技术上的更新时期，其标志是二极管泵浦全固态激光器的发展及应用；
  －－－精细激光加工，在激光加工应用统计中微细加工1996年只占6％，1997年翻了一倍达12％，1998年已增加到19％；
  －－－加工系统智能化，系统集成不仅是加工本身，而是带有实时检测、反馈处理，随着专家系统的建立，加工系统智能化已成为必然的发展趋势。
  激光技术在我国经过30多年的发展，取得了上千项科技成果，许多已用于生产实践，激光加工设备产量平均每年以20％的速度增长，为传统产业的技术改造、提高产品质量解决了许多问题，如激光毛化纤技术正在宝钢、本钢等大型钢厂推广，将改变我国汽车覆盖件的钢板完全依赖进口的状态，激光标记机与激光焊接机的质量、功能、价格符合国内目前市场的需求，市场占有率达90％以上。
  存在的主要问题：
  －－－科研成果转化为商品的能力差，许多有市场前景的成果停留在实验室的样机阶段；
  －－－激光加工系统的核心部件激光器的品种少、技术落后、可靠性差。国外不仅二级管泵浦的全固态激光器已用于生产过程中，而且二级管激光器也被应用，而我国二极管泵浦的全固态激光器还处在刚开始研究开发阶段。
  －－－对加工技术的研究少，尤其对精细加工技术的研究更为薄弱，对紫外波激光进行加工的研究进行的极少。
  －－－激光加工设备的可靠性、安全性、可维修性、配套性较差，难以满足工业生产的需要。
三、激光加工产业发展目标及主要研究内容
1．目标
  促进激光加工产业的发展，在工业生产应用中普及和推广加工技术，重点完成电子、汽车、钢铁、石油、造船、航空等传统工业应用激光技术进行改造的示范工程；为信息、材料、生物、能源、空间、海洋等六大高科技领域提供崭新的激光设备和仪器。
  2．主要研究内容
  （1）激光加工用大功率CO2和固体激光器及准分子激光器的引进机型研究，提高国产机水平；同时开发和研制专用配套的激光加工机床，提高激光器产品在生产线上稳定运行的周期，力争在国内建立较全面的加工用激光器的生产基地。
  （2）建立激光加工设备参数的检测手段，并进行方法研究。
  （3）激光切割技术研究。对现有的激光切割系统进行二次开发和产业化，提供性能好、价格便宜的2－3轴数控CO2切割机，并开展相应的切割工艺的研究，使该工艺广泛用于材料加工、汽车、航天及造船等领域。为此应着重在激光器外围装置，如：导光系统、过程监测和控制、喷咀、浮动装置的设计和研制以及CAD／CAM等方面开展工作。
  （4）激光焊接技术研究。开展激光焊接工艺及材料、焊接工艺对设备要求及焊接过程参数监测和控制技术研究，从而掌握普通钢材、有色金属及特殊钢材的焊接工艺。
  （5）激光表面处理技术研究。开展维CAD／CAM技术、激光表面处理工艺、材料性能及激光表面处理工艺参数监测和控制研究，使激光表面处理工艺能较大幅度的应用于生产。
  （6）激光加工光束质量及加工外围装置研究。研究各种激光加工工艺对激光光束的质量要求、激光光束和加工质量监控技术，光学系统及加工头设计和研制。
  （7）开展激光加工工艺技术研究，重点是材料表面改性和热处理方面的研究和推广应用；开展激光快速成形技术的应用研究，拓宽激光应用领域。

作者: 乏味 时间: 2003-3-14 19:58
标题: 激光加工技术
转贴出这篇文章，希望大家仁者见仁，智者见智，对激光加工产业的发展谈谈自己的见解！非常感谢！

作者: CTVIP 时间: 2003-3-19 22:18
标题: 激光加工技术

下面是一偏激光加工的应用文章（转贴）供大家参考：

镀锌板填丝激光钎焊工艺的初探(图)

李飞群瞿丰丁健君吴腾飞

（上海交通大学材料科学与工程学院，上海 200030）

摘要：介绍了采用Nd:YAG激光器在镀锌板填丝焊接中的应用优势和加工机理，分析了实验结果。工艺试验证明填丝激光钎焊在合适的条件下，可以获得成形好、缺陷较少且性能合格的接头。
关键词：镀锌板；激光焊接；填丝钎焊
中图分类号：TG456.7　文献标识码：B　文章编号：1001－2303（2003）02－0040－03

引言

　镀锌钢板广泛应用于汽车车身及家电制造业。用热镀或电镀工艺产生的锌层隔绝基层钢板与空气、水份等的接触，并优先电解保护钢板，以增强产品使用过程中的抗腐蚀性。同时，由于基层钢板和镀锌层两者截然不同的物理及机械特性，镀锌钢板的焊接容易产生过热、飞溅及影响电弧稳定性的锌蒸汽等问题。在应用中，电阻点焊是镀锌钢板最常见的焊接方法。除上述问题外，电阻点焊还有电极头使用寿命等技术难题。

　近些年来，激光束焊接作为一种替代电阻点焊的工艺手段，受到人们的广泛关注。以搭接焊结构为例，激光束焊接相对电阻点焊而言具有单面加工、搭边量小（质量减轻）、结构强度增加、无电极磨损现象、焊接质量稳定、非接触式加工、焊接速度快、焊接变形小等特点。
　
　工业上用于焊接的激光器主要为二氧化碳激光器和Nd:YAG激光器。近年来出现了适合于材料加工的大功率Nd:YAG激光器。由于Nd:YAG激光器产生的激光可以有效地利用光纤传输，在板材结构件地焊接中逐步得到了推广应用。

　近年来，许多学者对镀锌钢板地激光焊接进行了研究，提出了不同地工艺手段，在此介绍采用Nd:YAG激光器在镀锌板填丝焊接中地实验研究情况。

　 1　焊接机理

　早在1984 年，一些学者就开始对激光填料焊接工艺进行了研究，当时是为了解决激光对焊存在的一些问题。国内也有学者采用二氧化碳激光器对填丝激光焊进行过研究，但多采用开坡口对接接头形式。对于镀锌板的角接填丝钎焊，尤其是采用Nd:YAG激光器为热源的激光工艺研究，尚未发现有相关的报道，我们对此进行了试验。

　如图1所示，激光填丝钎焊与常规“扫描”方式不一样，聚焦光束首先照射在焊丝表面上，对焊丝加热使其充分熔化形成高温金属熔体，流入熔体在合适的激光加热条件下，使之与工件间形成良好的冶金结合，在界面层中主要生成均匀的固溶体及共晶组织。总而言之，工件间的连接是通过钎焊层实现的，而母材本身不应被激光严重熔蚀损伤。

2 实验过程

2.1 实验材料

实验采用材料与汽车制造用材料一致。试件用剪床剪成100mm×30mm，连续热镀锌低碳非合金钢板厚0.7mm，镀锌量100克每平米。钎焊焊丝采用￠0.8mm的铜硅合金焊丝。焊丝具有良好的挺直性。

2.2 实验设备

实验采用日本IHI公司3KW Nd:YAG激光器(光纤传输)，ABB公司六轴工业机器人，焊接时用氩气作为保护气。

2.3 实验过程

如图1所示，试件用台钳夹紧，将焊丝平放在V型槽中，实验过程中沿激光束输出方向采用氩气吹送保护。

2.4 焊接参数

焊接工艺参数见表1

激光填丝焊接中，焦点位置在焊丝表面上方2mm处，其中约80％的光束照射在焊丝上，20％照射于附近镀锌板上。试验表明：焊丝能够熔化并浸润镀锌钢板，成形良好。

　2.5　焊缝外观

焊缝外观见图2。

试验发现焊丝可以充分熔化，并浸润焊缝。焊缝外表面圆滑平顺，无气孔、裂纹和咬边等缺陷。

　2.6 焊缝金相组织

通过打磨、抛光、腐蚀后，获得试样显微金相照片见图3。

显微观察激光钎焊试样，发现母材和钎料熔体间产生的金属间相层，降低了接头的机械性能。工业用途镀锌板材料的钎焊，若金属间相层小于10微米，则认为是可行的。

　3 讨论　

　a 激光填丝钎焊是常规激光焊接工艺的扩展，它综合了激光焊接和填料钎焊的优点，可以降低激光焊接对接头装夹精度、激光功率、激光聚焦性能的严格要求。在改善焊缝冶金性能、实现异种材料焊接等方面有应用空间。本试验中的激光钎焊采用焊丝预置方法，达到了预期效果。实际应用中宜采用自动送丝，这样，影响因素如送丝角度、送丝速度、激光功率分配等参数就更多更复杂，有待进一步的深入研究。

b 大功率Nd:YAG激光器的问世，为材料焊接提供了一条新的途径。Nd:YAG激光器产生的激光通过光缆传输，结合工业机器人，可以组成一个柔性的焊接单元，更有利于全位置焊缝的焊接。由于镀锌板锌元素的存在，激光输出光束模式好、聚焦斑点较小、焦距较长的大功率Nd:YAG激光器尤其适合镀锌钢板的焊接，一方面它对锌层的烧损最小，同时还可以将锌蒸汽对聚焦镜头的污染程度减低到最小。在汽车制造业中，填丝激光钎焊可以取代传统的手工火焰钎焊，还可以用于车身顶盖与侧围的焊接，一方面提高了效率，同时取代了后续涂胶工艺，降低了生产成本。

c 以上实验的结果还需利用扫描电镜（SEM）和X射线能谱分析（EDS）方法观察焊缝区域各部位的钎料－母材间的润湿铺展及冶金交互作用情况，并有待进一步深入研究。

d　对于工业推广，镀锌板的激光钎焊还要进行疲劳实验、耐蚀实验等验证过程。

参考文献

(1) Jian xie,Paul Denney.Galvanized steel joined with lasers .Welding Journal,2001,8 :59-61.
(2) Rehan Akhter,Steen W M,Watkins K G . Welding zinc-coated steel with a laser and the properties of the weldment. Journal of Laser Application,1991,3:9-20
(3)胡军辉，曾晓雁，谢长生。激光填料焊接技术的发展现状及展望。激光技术，1997，21，257－261。
(4) 梅汉华，肖荣诗，左铁钏，采用填充焊丝激光焊接工艺的研究，北京工业大学学报，1996，23：38－42
(5)王成，张旭东，田志凌等，填丝二氧化碳激光焊的焊缝成形研究，应用激光1999，19：269－272

作者: chugqchugq 时间: 2003-4-15 16:59
标题: 激光加工技术
激光加工主要用CO2激光和YAG激光，特点是功率较大，镜片易损坏。

作者: 楚韵风 时间: 2003-4-15 18:32
标题: 激光加工技术

乏味老弟这一贴的范围太广，这里则是在冶金行业的一些应用：

激光加工技术及设备在冶金行业的应用

  该激光加工技术包括：激光硬化（淬光）技术、激光表面合金化技术、激光熔覆技术、激光毛化技术、冷轧薄钢板激光拼焊技术。
  在冶金行业推广激光加工设备的应用前景十分广阔。（1）大型轧辊激光处理设备：包括相变硬化、熔凝硬化、合金化、熔覆四大类技术。其机理是通过改变零件材料的金相结构和化学成分，提高轧辊使用寿命，用每吨数千元的低价普通钢材代替每吨数万元的高级钢材。目前激光热处理技术用于各类开坯、各类粗中轧钢辊已经成熟，可提高寿命1－3倍；对剪刃、热锯片、导卫板、输送辊、滑道等各类零件的应用均有比轧辊更明显的效益。（2）新型镜面钢板用冷轧辊激光毛化设备：以国产激光轧辊毛化设备替代进口的喷丸毛化和电火花毛化设备，不仅能为国家节约外汇，还能新增效益。（3）冷轧薄钢板激光拼焊设备：冶金行业对激光焊接机组的主要需求是①冷轧生产线，②镀锌生产线，③硅钢和不锈钢生产线。

作者: zhangjingru8311 时间: 2011-5-30 16:40
现在激光加工技术已经广泛的应用于光伏行业

作者: tlwmcn 时间: 2011-6-3 08:49

长知识啊！

作者: wsfwsfwife 时间: 2011-6-16 10:27
学习一下

作者: ligaowen8783 时间: 2011-7-6 15:21

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