隨著加工技術的創新和進步,目前常規激光加工的技術,如鑽孔、切斷、表麵改性等,都有不同程度的進展。
(一)鑽孔
早期激光鑽孔采用定點衝(chong) 擊法:即在一個(ge) 位置上用脈衝(chong) 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製。
高重複頻率YAG激光器進入實用階段後,出現了旋切鑽孔法(Trepanning),即用專(zhuan) 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(jin) 消除了孔徑限製,且由於(yu) 有輔助吹氣,加工區呈半敞開式,熔融物易排出,故孔表麵質量好。
對於(yu) 分布有大量相同規格小孔的零件,特別是回轉體(ti) ,當前又發展了飛行打孔法(Drilling on the fly),即激光對一個(ge) 孔位加工一個(ge) 脈衝(chong) 後,不管孔是否打通,工件都利用光脈衝(chong) 間隙快速運動(移動或轉動)到下一個(ge) 孔位,如此進行多次循環對同一位置多次衝(chong) 擊,直至完成所有孔的加工。其優(you) 點是激光脈衝(chong) 間隙的時間被用作零件孔的位移,可大大提高加工速度。鑽孔速度目前為(wei) 每秒數10孔,預計可達每秒500孔 (亞(ya) 毫米孔徑)。技術的關(guan) 鍵在於(yu) 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閉環控製係統控製,當孔加工速率更高時,為(wei) 保證圓的孔形,在激光作用時間內(nei) ,激光束必須與(yu) 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(yu) 翼表麵分離,形成紊流增大而氣動力損失,為(wei) 此,設計了有吸氣功能的層流翼(短艙)套,其表麵是由1mm厚的鈦合金板製成,上麵分布了1200萬(wan) 至10億(yi) 個(ge) 錐孔,外表麵孔徑0.06mm,內(nei) 表麵孔徑為(wei) 0.1mm,孔間距為(wei) 0.3~1mm,層流翼套的小孔也是用飛行打孔法完成的。
對於(yu) 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(wei) 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(wei) 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、背麵不留熔渣。值得提出的是采用兩(liang) 束激光複合切割材料,能取得更低的能耗。圖1是兩(liang) 種激光複合切割的實驗裝置示意圖。試驗表明,用CO(270W)激光與(yu) KrF (30W)激光複合切割,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(yi) 器儀(yi) 表業(ye) 中早有應用,近期研究方向主要集中在航空航天工業(ye) 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(ye) 中的大厚度、變厚度鋼材的深穿透焊接方麵。
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後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(ye) 中,激光焊接所占比例已逐年上升,從(cong) 車身麵板同樣材料的焊接發展到不同厚度和不同表麵塗層的金屬板件的焊接。法國SCIAKY公司建立了一個(ge) 6kW的 CO 2 激光加工站,用分光鏡將激光束分到12個(ge) 工位同時進行點焊,5秒鍾可焊一件,不僅(jin) 節省了6~12個(ge) 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(ti) 的控製,采用側(ce) 向吹氣壓縮法,將等離子雲(yun) 壓在熔池形成的縫中來改善等離子雲(yun) 的屏蔽行為(wei) 。另一個(ge) 動向是采用模糊邏輯的方法,對焊接過程進行智能控製,這對變厚度變參量的焊接過程具有重要意義(yi) 。
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