大功率激光加工技術(shù)在機械工業(yè)中的應(yīng)用
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20世紀70年代，美國進行了兩大研究：一是福特汽車公司進行的車身鋼板的激光焊接；二是通用汽車公司進行的動力轉(zhuǎn)向變速箱內(nèi)表面的激光淬火。這兩項研究推動了之后的機械制造業(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)用實例有所增加，其中增長最迅速的是激光切割、激光焊接和激光淬火。這3項技術(shù)目前已經(jīng)發(fā)展成熟，應(yīng)用也很廣泛。進入21世紀初始，“激光技術(shù)國家重點實驗室”和“激光加工國家研究中心”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，并選定重點研究項目，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)才得以在我國機械工業(yè)領(lǐng)域落地生根。
激光加工技術(shù)之所以得到如此廣泛的應(yīng)用，是因為它與傳統(tǒng)加工技術(shù)相比具有很多優(yōu)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(zhì)量高； 四是與現(xiàn)代數(shù)控機床相結(jié)合，使激光加工具有加工精度高、可控性好、程序簡單、省料及污染少等特點。下面，綜合介紹在機械工業(yè)中應(yīng)用比較廣泛的幾種激光加工技術(shù)。
1.激光切割
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運動，在工件上形成切縫。激光照射工件表面時，一部分光被吸收，另一部分光被工件反射。吸收部分轉(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，保護和冷卻鏡頭。
激光切割有很多特點：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)力小；切割速度快，熱影響區(qū)小；適合加工板材。
在工業(yè)機械生產(chǎn)制造中，“激光技術(shù)國家重點實驗室”和武漢法利萊聯(lián)合研制的WALC4020寬幅面數(shù)控激光切割機（見圖1），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(shù)創(chuàng)新點：懸臂倒掛橫梁、直線電動機驅(qū)動、SIEMENS 840D控制器、專有光束質(zhì)量調(diào)整系統(tǒng)、穿透檢測、自動聚焦、打孔切割雙流量控制系統(tǒng)以及垂直升降式交換工作臺結(jié)構(gòu)等。這些技術(shù)創(chuàng)新使WALC4020激光切割機的技術(shù)性能超過其他同類產(chǎn)品，達到國際先進水平。
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，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。其焊接接頭強度高，可以達到與母材等強度，設(shè)備性能穩(wěn)定、重復(fù)性好、可靠性高，焊接接頭無脫斷，并且在國內(nèi)率先開發(fā)出汽車排氣管、傳動部件和生產(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)濟效益十分顯著。
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