鈑金加工-大功率雷射設備之機械加工篇

　　雷射加工是20世紀60年代初雷射加工期興起的一項新技術，廣泛應用于農業機械、工程機械、糧油機械、特種汽車、鋸片及造船等行業。尤以在機械行業的發展速度最快，而在機械制造業中的廣泛使用又進一步推動了技術的産業化。

　　20世紀70年代，美國進行了兩大研究：一是福特汽車進行的車身鋼板的雷射焊接；二是通用汽車進行的動力轉向變速箱內表面的雷射淬火。這兩項研究推動了之後的機械制造業中的雷射加工技術的發展。到80年代後期，雷射加工的應用實例有所增加，其中增長最迅速的是雷射切割、雷射焊接和雷射淬火。這3項技術目前已經發展成熟，應用也很廣泛。進進21世紀初始，“雷射技術國家重點實驗室”和“雷射加工國家研究中心”率先在法利萊切割系統工程有限組建了雷射産焊接組立業科研組，並選定重點研究項目，以法利萊作爲生産和研究基地。自此，大功率雷射加工技術才得以在我國機械産業領域落地生根。

　　雷射加工技術之所以得到如此廣泛的應用，是由于它與傳統加工技術相比具有很多優點：一是非接觸加工，沒有機械力；二是可以加工高硬度、高熔點、極脆的難加工材料；三是加工精度高，熱變形很小，加工質量高；四是與現代數控機床相結合，使雷射加工具有加工精度高、可控性好、程序簡單、省料及汙染少等特點。下面，綜合先容在機械産業中應用比較廣泛的幾種雷射加工技術。

　　1。雷射切割

　　雷射切割是利用經聚焦的高功率密度光束照射工件，材料吸收雷射能，溫度急劇升高，工件表面開始熔化或氣化，並吹進活性氣體助燃。隨著雷射束與工件的相對運動，在工件上形成切縫。雷射照射工件表面時，一部分光被吸收，另一部分光被工件反射。吸收部分轉化爲熱能，使工件表面溫度急劇升高，材料熔化、氣化，産生黑洞效應，使材料吸收率進步，迅速加熱切割區材料。此時吹氧可以助燃，並提供大量熱能，使切割速度進步；還可吹走熔渣，保護和冷卻鏡頭。

　　雷射切割有很多特點：雷射可切割特硬、特脆和特軟材料；切縫寬度很窄；切割表面光潔；切割表面熱影響層淺，表面應力小；切割速度快，熱影響區小；適合加工板材。

　　在産業機械生産制造中，“雷射技術國家重點實驗室”和法利萊聯合研制的WALC4020寬幅面數控雷射切割機，除了可以達到上述要求及切割幅面寬的特點外，還具有以下技術創新點：懸臂倒挂橫梁、直線電動機驅動、SIEMENS840D控制器、專有光束質量調整系統、穿透檢測、自動聚焦、打孔切割雙流量控制系統以及垂直升降式交換工作台結構等。這些技術創新使WALC4020雷射切割機的技術性能超過其他同類産品，達到國際先進水平。

　　2。雷射焊接

　　雷射焊接是一種高速度、非接觸、變形小的生産加工方法，非常適合大量而連續的加工過程。法利萊大功率雷射科研基地生産的專用雷射焊接機，或融合焊接、切割于一體的雷射加工設備，能成倍進步焊接質量。其焊接接頭強度高，可以達到與母材等強度，設備性能穩定、重複性好、可靠性高，焊接接頭無脫斷，並且在國內率先開發出汽車排氣管、傳動部件和生産工件的雷射焊接成套設備，能成倍提升生産效率和使用壽命，經濟效益十分明顯。

　　3。雷射硬化

　　雷射硬化就是雷射淬火，是用高能雷射束快速掃描氣缸孔表面，在表面極薄一層的小區域內(光斑大小)快速吸收能量而使溫度急劇上升。由于金屬基體優良的傳熱、導熱性，表面鈑金加工熱量迅速傳到氣缸基體的其他部分，從而在極短的瞬間完成自冷淬火，實現氣缸孔表面的相變硬化。

　　雷射表面硬化與常規的硬化工藝相比，其發展曆史很短，但從已取得的效果來看，雷射硬化處理工藝是一種具有很多特點的表面硬化處理新工藝。

　　其主要特點有：

　　(1)材料表面的高速加熱和高速自冷。

　　(2)雷射硬化處理後的工件表面硬度高，比常規淬火要高5%～20%，可獲得極細的硬化層組織。

　　(3)由于雷射加熱速度快，因而熱影響區小，淬火應力及變形小。

　　(4)可以對外形複雜的零件和不能使用其他常規方法處理的零件進行局部硬化處理。同時，也可以根據需要在同一零件的不同部位進行不同的雷射硬化處理。

　　(5)雷射硬化工藝周期短，生産效率高，工藝過程易實現計算機控制，自動化程度高，可納進生産流水線。

　　(6)雷射硬化靠熱量由表及裏的傳導自冷，無需冷卻介質，對環境無汙染。