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激光加工技术发展趋势

2018/06/1987 作者:佚名
导读: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

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4亿美元,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。

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。

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。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。

激光加工技术研究开发

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,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20%;

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。

激光加工技术技术科学

科学的任务是认识世界,技术的任务是改造世界,技术是从科学到生产的中间环节,是把科学理论转化为生产力的桥梁,技术来源于实验经验的总结和科学原理的指导。

激光加工技术技术特性

当技术的使用在现代社会无所不在,一套共同的特性可以用来现代技术上。许多的作者,如McGinn (1991)和Winston (2003)列了下列一些关键的特性:

复杂度,指大多现今的工具都很难以了解的特性(即需要一连串对制造或使用的事先训练)。一些较相对简单使用,但却相对困难去理解其来源和制造方法,如餐刀、棒球及高加工食品等。另外也有很难使用且很难理解的,如拖拉机、电视、电脑等。

依赖性,指现今工具多依赖著其他的现代工具,而其他的现代工具又依赖着另外的其他现代工具的事实,不论是在制造、使用上面。例如,车子便有一巨大且复杂的制造及维护工业持撑著。而使用也需要有一复杂的公路、街道、高速公路、加油站、保养厂和废弃物收集等设备。

多样性,指相同工具的不同类型和变异。想像今日所存在的众多汤匙和剪刀。即使是更复杂的工具也通常有许多的形状和样式,如建筑起重机或车子。

普及性,规模,指现代技术的普及。简单地说,技术似乎在每一个角落。它支配了现代的生活。另外,规模亦指许多现代技术计划的范围,如手机网络、因特网、飞机航行、通讯卫星及其对地球上人们的影响。

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