一、常規(guī)激光加工技術(shù)的發(fā)展與應用
隨著加工技術(shù)的創(chuàng)新和進步,目前常規(guī)
激光加工的技術(shù),如鉆孔、切斷、表面改性等,都有不同程度的進展。
~?iQnQYI (一)鉆孔 CLuQ=-[| 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。
`O%O[ 高重復頻率YAG激光器進入實用階段后,出現(xiàn)了旋切鉆孔法(Trepanning),即用專用
光學旋轉(zhuǎn)頭或數(shù)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(qū)呈半敞開式,熔融物易排出,故孔表面質(zhì)量好。
jnM}N:v 對于分布有大量相同規(guī)格小孔的零件,特別是回轉(zhuǎn)體,當前又發(fā)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(zhuǎn)動)到下一個孔位,如此進行多次循環(huán)對同一位置多次沖擊,直至完成所有孔的加工。其優(yōu)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(shù)10孔,預計可達每秒500孔 (亞毫米孔徑)。技術(shù)的關(guān)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(huán)控制系統(tǒng)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(nèi),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(huán)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(fā)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(nèi)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。
aM_O0Rn== 對于微米量級孔徑的篩孔,用準分子激光或調(diào)Q的YAG激光快速掃描加工(每秒可加工數(shù)千孔)可得到滿意的結(jié)果。
j(>xP*il (二)切割 D mky!Cp 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(zhì)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。
Bq-}BN?pz (三)焊接 ,nV4%Aa 激光焊接在儀器儀表業(yè)中早有應用,近期研究方向主要集中在航空航天工業(yè)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(yè)中的大厚度、變厚度鋼材的深穿透焊接方面。
=?\%E[j 大型客機發(fā)動機短艙的吊掛采用2.5kW CO 2 激光焊接技術(shù);發(fā)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(huán)焊在一起構(gòu)成,用2kW連續(xù)輸出的YAG激光設備加工,焊接速度達7m/min。
\0e`sOS`L 在汽車行業(yè)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(fā)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(jié)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。
?O]RQXsZ2 激光焊接技術(shù)研究的前沿,一是大功率或超大功率焊接時,對出現(xiàn)的等離子體的控制,采用側(cè)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。
I;UT;/E2