大功率激光加工技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用
2008-05-08 16:44:01
<P> 20世紀(jì)70年代，美國(guó)進(jìn)行了兩大研究：一是福特汽車公司進(jìn)行的車身鋼板的激光焊接；二是通用汽車公司進(jìn)行的動(dòng)力轉(zhuǎn)向變速箱內(nèi)表面的激光淬火。這兩項(xiàng)研究推動(dòng)了之后的機(jī)械制造業(yè)中的激光加工技術(shù)的發(fā)展。到80年代后期，激光加工的應(yīng)用實(shí)例有所增加，其中增長(zhǎng)最迅速的是激光切割、激光焊接和激光淬火。這3項(xiàng)技術(shù)目前已經(jīng)發(fā)展成熟，應(yīng)用也很廣泛。進(jìn)入21世紀(jì)初始，“激光技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”和“激光加工國(guó)家研究中心”率先在武漢法利萊切割系統(tǒng)工程有限公司組建了激光工業(yè)科研組，并選定重點(diǎn)研究項(xiàng)目，以法利萊公司作為生產(chǎn)和研究基地。自此，大功率激光加工技術(shù)才得以在我國(guó)機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域落地生根。</P>
<P> 激光加工技術(shù)之所以得到如此廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗c傳統(tǒng)加工技術(shù)相比具有很多優(yōu)點(diǎn)：一是非接觸加工，沒有機(jī)械力；二是可以加工高硬度、高熔點(diǎn)、極脆的難加工材料；三是加工精度高，熱變形很小，加工質(zhì)量高； 四是與現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床相結(jié)合，使激光加工具有加工精度高、可控性好、程序簡(jiǎn)單、省料及污染少等特點(diǎn)。下面，綜合介紹在機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用比較廣泛的幾種激光加工技術(shù)。</P>
<P><STRONG> 1.激光切割</STRONG></P>
<P> 激光切割是利用經(jīng)聚焦的高功率密度光束照射工件，材料吸收激光能，溫度急劇升高，工件表面開始熔化或氣化，并吹入活性氣體助燃。隨著激光束與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在工件上形成切縫。激光照射工件表面時(shí)，一部分光被吸收，另一部分光被工件反射。吸收部分轉(zhuǎn)化為熱能，使工件表面溫度急劇升高，材料熔化、氣化，產(chǎn)生黑洞效應(yīng)，使材料吸收率提高，迅速加熱切割區(qū)材料。此時(shí)吹氧可以助燃，并提供大量熱能，使切割速度提高；還可吹走熔渣，保護(hù)和冷卻鏡頭。</P>
<P> 激光切割有很多特點(diǎn)：激光可切割特硬、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(yīng)力??；切割速度快，熱影響區(qū)??；適合加工板材。</P>
<P> 在工業(yè)機(jī)械生產(chǎn)制造中，“激光技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”和武漢法利萊聯(lián)合研制的WALC4020寬幅面數(shù)控激光切割機(jī)（見圖1），除了可以達(dá)到上述要求及切割幅面寬的特點(diǎn)外，還具有以下技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)：懸臂倒掛橫梁、直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、SIEMENS 840D控制器、專有光束質(zhì)量調(diào)整系統(tǒng)、穿透檢測(cè)、自動(dòng)聚焦、打孔切割雙流量控制系統(tǒng)以及垂直升降式交換工作臺(tái)結(jié)構(gòu)等。這些技術(shù)創(chuàng)新使WALC4020激光切割機(jī)的技術(shù)性能超過其他同類產(chǎn)品，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。</P>
<P align=center> <IMG src="http://www.c-cnc.com/news/file/2008-4/2008424111746.jpg"></P>
<P align=center><STRONG>圖 1</STRONG></P>
<P><STRONG> 2.激光焊接</STRONG></P>
<P> 激光焊接是一種高速度、非接觸、變形小的生產(chǎn)加工方法，非常適合大量而連續(xù)的加工過程。法利萊大功率激光科研基地生產(chǎn)的專用激光焊接機(jī)，或融合焊接、切割于一體的激光加工設(shè)備，能成倍提高焊接質(zhì)量。其焊接接頭強(qiáng)度高，可以達(dá)到與母材等強(qiáng)度，設(shè)備性能穩(wěn)定、重復(fù)性好、可靠性高，焊接接頭無(wú)脫斷，并且在國(guó)內(nèi)率先開發(fā)出汽車排氣管、傳動(dòng)部件和生產(chǎn)工件的激光焊接成套設(shè)備，能成倍提升生產(chǎn)效率和使用壽命，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。</P>
<P><STRONG> 3.激光硬化</STRONG></P>
<P> 激光硬化就是激光淬火，是用高能激光束快速掃描氣缸孔表面，在表面極薄一層的小區(qū)域內(nèi)(光斑大小)快速吸收能量而使溫度急劇上升（見圖2、圖3）。由于金屬基體優(yōu)良的傳熱、導(dǎo)熱性，表面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(shí)現(xiàn)氣缸孔表面的相變硬化。</P>
<P align=center><STRONG><IMG src="http://www.c-cnc.com/news/file/2008-4/2008424111831.jpg"></STRONG></P>
<P align=center><STRONG>圖 2</STRONG></P>
<P align=center><IMG src="http://www.c-cnc.com/news/file/2008-4/2008424111850.jpg"></P>
<P align=center><STRONG>圖 3</STRONG></P>
<P> 激光表面硬化與常規(guī)的硬化工藝相比，其發(fā)展歷史很短，但從已取得的效果來(lái)看，激光硬化處理工藝是一種具有很多特點(diǎn)的表面硬化處理新工藝。</P>
<P> 其主要特點(diǎn)<
