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激光加工技术在机械五金钣金行业的应用

激光加工是20世纪60年代初期兴起的一项新技术，此后逐步应用于机械、汽车、航空、电子等行业，尤以机械行业的应用发展速度最快。在机械制造业中的广泛使用又推动了激光加工技术的工业化。

20?世纪?70?年代，美国进行了两大研究:一是福特汽车公司进行的车身钢板的激光焊接;二是通用汽车公司进行的动力转向变速箱内表面的激光淬火。这两项研究推动了以后的机械制造业中的激光加工技术的发展。到了?20?世纪?80?年代后期，激光加工的应用实例有所增加,其中增长最迅速的是激光切割、激光焊接和激光淬火。这?3?项技术目前已经发展成熟，应用也很广泛。进入20?世纪?90?年代后期，激光珩磨技术的出现又将激光微细加工技术在机械加工中的应用翻开了崭新的一页。

激光加工技术之所以得到如此广泛的应用，是因为它与传统加工技术相比具有很多优点：一是非接触加工，没有机械力；二是可以加工高硬度、高熔点、极脆的难加工材料；三是加工区小，热变形很小，加工质量高；四是与现代数控机床相结合，使激光加工具有加工精度高、可控性好、程序简单、省料及污染少等特点。下面综合介绍应用比较广泛的几种激光加工技术在机械五金钣金行业的应用。

激光切割技术

激光切割是利用经聚焦的高功率密度光束照射工件，材料吸收激光能，温度急剧升高，工件表面开始熔化或气化，并吹入活性气体助燃。随着激光束与工件的相对运动，在工件上形成切缝。激光照射工件表面时，一部分光被吸收，一部分光被工件反射。吸收部分转化为热能，使工件表面温度急剧升高，材料熔化、气化，产生黑洞效应，使材料吸收率提高，迅速加热切割区材料。此时吹氧可以助燃，并提供大量热能，使切割速度提高；还可吹走熔渣、保护镜头、冷却镜头。为了提高工件材料吸收系数，切割前对工件进行黑化处理，最简单的方法是涂墨汁。

激光切割采用CO2激光或YAG激光器，进行二维和三维的切割加工，具有切割精度高的特点。激光源功率大小不等，从5W到90kW均有系列的产品，钣金件的激光切割主要是采用100W~1500W的功率激光。当激光源的输出功率小于1500W时，激光源为单模振荡模式，可进行0.2mm宽度的切割，该以功率切割之后干净平整；当激光源的输出功率大于1500W时，激光源为多模振荡模式，可进行lmm宽度的切割，但该以功率切割之后会有少量的污物。对厚板切割时需采用辅助气体配合，辅助气体包括空气、氧气和氮气等，其中氮气可以在切割过程中防止切面的氧化，氧气适用于厚度较大板的高速切割情况。

激光切割可采用CAD或CAM技术，为加工工件模型和激光器提供加工信息和加工参数，可快速高精度的完成生产，实现自动化的切割。，激光切割无需重更换模具，可以实现生产准备周期缩短，生产成本降低的效果。

\o激光焊接激光焊接技术

???激光焊接可分为脉冲焊接和大功率的连续焊接。激光焊接是利用极高能量密度的激光束熔合材料，具有焊接速度快、强度高、焊缝窄、热影响区小，并且工件变形量小，后续处理工作量少，灵活性高等优点。激光焊接不仅能焊接常见的碳钢和不锈钢，还能焊接使用传统焊接方法难以焊接的材料，如结构钢、铝、铜等金属，且能够焊接各种形式的焊缝如图1所示

图1?适用于激光焊接的焊缝类型

现代钣金制造对焊接强度和外观效果等质量的要求越来越高，尤其是高附加值且对焊接质量要求极高的部件，可以采用无需后续加工或者极少后续加工的方式来完成。而传统的焊接手段，由于极大的热量输入，不可避免的会带来工件扭曲变形等问题，因此为了弥补工件变形，需要大量的后续加工手段，从而导致费用的上升。而激光焊接具有最小的热输入量，因此带来极小的热影响区，在显著提高焊接产品品质的同时，减少了后续工作的时间。另外，由于焊接速度快和焊接深宽比大，能够极大地提高焊接效率和稳定性，因此激光焊接在钣金制造中的应用越来越普遍，相关案例如图2所示。

图2激光焊接在钣金制造中的一些实例

?\o激光熔覆激光熔覆技术

激光熔覆是通过在基材表面添加熔覆材料，利用高能密度的激光使粉末熔化凝固并与基材表面形成冶金结合的熔覆层。激光熔覆技术可极大的提高零件表面的硬度、耐磨性、抗腐蚀性，同时还可以循环再制造，节约零件使用成本，延长使用寿命。激光熔覆广泛应用于航空、军事、石油、化工、医疗等各个方面。

采用激光熔覆技术如图3所示，在金属部件表面熔覆具有特殊性能的金属基复合材料涂层，对磨损部位进行表面改性与强化，成为工程机械领域修复部件、延长零件使用寿命的重要途径。这些与低强度母材为冶金结合的熔覆层，其化学成分、微观组织和力学性能比母材有很大提高，可以获得耐高温、防腐蚀、耐磨损等优异性能。表面涂层技术由于能获得与基体结合良好，厚度适