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      激光切割機資訊

      常規激光加工技術的發展與應用

      隨著加工技術的創新和進步,目前常規激光加工的技術,如鉆孔、切斷、表面改性等,都有不同程度的進展。

      (一)鉆孔

      早期激光鉆孔采用定點沖擊法:即在一個位置上用脈沖激光束不停地加工,直至孔通。這種加工方法,使加工的孔深和孔徑均受到限制。

      高重復頻率YAG激光器進入實用階段后,出現了旋切鉆孔法(Trepanning),即用專用光學旋轉頭或數控自動生成圓軌跡進行激光套料加工。這不僅消除了孔徑限制,且由于有輔助吹氣,加工區呈半敞開式,熔融物易排出,故孔表面質量好。

      對于分布有大量相同規格小孔的零件,特別是回轉體,當前又發展了飛行打孔法(Drilling on the fly),即激光對一個孔位加工一個脈沖后,不管孔是否打通,工件都利用光脈沖間隙快速運動(移動或轉動)到下一個孔位,如此進行多次循環對同一位置多次沖擊,直至完成所有孔的加工。其優點是激光脈沖間隙的時間被用作零件孔的位移,可大大提高加工速度。鉆孔速度目前為每秒數10孔,預計可達每秒500孔 (亞毫米孔徑)。技術的關鍵在于激光到達,工件必需運動到位,這對非均布孔來說有很大難度。用CNC閉環控制系統控制,當孔加工速率更高時,為保證圓的孔形,在激光作用時間內,激光束必須與零件同步運動。激光飛行打孔在航空零件加工中已得到了應用,環形燃燒室的冷卻孔加工是典型的應用實例。此外,高速飛機的機翼和發動機進氣道的前沿,氣流極易與翼表面分離,形成紊流增大而氣動力損失,為此,設計了有吸氣功能的層流翼(短艙)套,其表面是由1mm厚的鈦合金板制成,上面分布了1200萬至10億個錐孔,外表面孔徑0.06mm,內表面孔徑為0.1mm,孔間距為0.3~1mm,層流翼套的小孔也是用飛行打孔法完成的。

      對于微米量級孔徑的篩孔,用準分子激光或調Q的YAG激光快速掃描加工(每秒可加工數千孔)可得到滿意的結果。

      (二)切割

      激光切割近期仍以CO 2 激光為主,隨著器件功率的加大,切割深度和速度都有大幅度提高。為提高加工質量,采用高壓吹氣(壓力達1.6~2.0MPa),用 3.4kW的功率的CO 2 激光可切割5~6mm厚度的鋁板,切口光滑,正、背面不留熔渣。值得提出的是采用兩束激光復合切割材料,能取得更低的能耗。圖1是兩種激光復合切割的實驗裝置示意圖。試驗表明,用CO(270W)激光與KrF (30W)激光復合切割,比單用一束CO(300W)激光切割碳鋼可提高速度30%,切割厚度可增加40%以上。

      (三)焊接

      激光焊接在儀器儀表業中早有應用,近期研究方向主要集中在航空航天工業中的高溫合金、鈦合金和鋁、鎂等難焊接合金的加工;汽車工業中的大厚度、變厚度鋼材的深穿透焊接方面。

      大型客機發動機短艙的吊掛采用2.5kW CO 2 激光焊接技術;發動機的壓縮機靜子是由激光切割葉型孔后再用激光將葉片和外環焊在一起構成,用2kW連續輸出的YAG激光設備加工,焊接速度達7m/min。

      在汽車行業中,激光焊接所占比例已逐年上升,從車身面板同樣材料的焊接發展到不同厚度和不同表面涂層的金屬板件的焊接。法國SCIAKY公司建立了一個 6kW的 CO 2 激光加工站,用分光鏡將激光束分到12個工位同時進行點焊,5秒鐘可焊一件,不僅節省了6~12個電阻點焊機器人,而且因減少搭接寬度使汽車重量減輕 56kg。

      激光焊接技術研究的前沿,一是大功率或超大功率焊接時,對出現的等離子體的控制,采用側向吹氣壓縮法,將等離子云壓在熔池形成的縫中來改善等離子云的屏蔽行為。另一個動向是采用模糊邏輯的方法,對焊接過程進行智能控制,這對變厚度變參量的焊接過程具有重要意義。

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