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关于激光切割与焊接的几种典型应用分析

2018-5-7 10:27:37点击:

  20世纪20时代爱因斯坦提出的光受激辐射的概念预见了激光的发生, 40 年后的1960年美国科学家梅曼率先研制成功的第一台红宝石激光器标志着激光的正式诞生, 随后, 激光技能迅猛开展。继固体激光器后, 气体激光器、化学激光器、染料激光器、原子激光器、离子激光器、半导体激光器、X 射线激光器和光纤激光器相继问世, 运用范畴也扩展到诸如电子、轻工、包装、礼品、小五金工业、医疗器械、轿车、机械制作、钢铁、冶金、石油等, 为传统工业的技能改造和制作业的现代化供给先进的技能装备。

  激光与一般光比较有4个特性即: 单色性( 单一波长) 、相干性、方向性和高光强。激光束易于传输, 其时刻特性和空间特功用够别离操控, 经聚焦后可得到极小的光斑, 具有极高功率密度的激光光束能够熔化、气化任何资料, 也可对资料的部分区域进行精细快速加工。加工过程中输入工件的热量小,热影响区和热变形小; 加工功率高; 易于完成自动化。激光技能是一门归纳性高新技能, 触及光学、机械学、电子学等学科。相同, 激光加工设备也触及到很多学科, 因此决议了它的高科技性和高收益率。纵观世界和国内激光运用状况经过多年的研讨开发和完善, 今世的激光器和激光加工技能与设备已适当老练, 形成了系列激光加工工艺。

  本文介绍激光加工技能在金属切开、焊接方面的运用状况。

  1 激光切开的特色及运用

  激光切开是当时各国运用最多的激光加工技能, 在国外许多范畴, 例如, 轿车制作业和机床制作业都选用激光切开进行钣金零部件的加工。跟着大功率激光器光束质量的不断提高, 激光切开的加工目标规划将愈加广泛, 简直包含了一切的金属和非金属资料。例如能够运用激光对高硬度、高脆性、高熔点的资料进行形状杂乱的三维立体零件切开, 这也正是激光切开的优势所在。

  现在, 选用激光切开体系的企业首要分两类: 一类是大中型制作企业, 这些企业出产的产品中有很多板材需求下料、切料, 而且具有较强的经济和技能实力; 另一类统称为加工站, 专门对外承接激光加工事务, 本身没有主导产品。它的存在一方面可满意一些中小企业加工的需求, 另一方面在初期对推行运用激光切开技能带来宣扬演示的效果。

  激光切开的几项关键技能是光、机、电一体化的归纳技能。激光光束的参数、机器与数控体系的功用和精度都直接影响激光切开的功率和质量。激光切开的精准度、功率和质量因不同的参数而改动, 如切开功率、速度、频率、资料厚度及原料等, 故操作人员的丰厚经历尤其重要。

  1.1 激光切开的首要长处

  (1) 切开质量好: 切断宽度窄( 一般为0.1-0.5mm) 、精度高( 一般孔中心距差错0.1- 0.4mm, 概括尺度差错0.1~0.5mm) 、切断外表粗糙度好( 一般Ra为12.5~25μm) , 切缝一般不需求二次加工即可焊接。

  (2) 切开速度快, 例如选用2kW激光功率, 厚度8mm的碳钢切开速度为1.6m/min; 厚度2mm的不锈钢切开速度为3.5m/min, 热影响区小, 变形极小。

  (3) 清洁、安全、无污染, 大大改进了操作人员的作业环境。

  激光切开属于非触摸光学热加工, 被誉为“永不磨损的全能工具”。工件能够进行恣意方法的严密排料或套裁, 使原资料得到充分运用。由于对错触摸加工, 加工后的零件的歪曲现象降至最低并减少了磨损量。

  其实激光切开亦有其不足之处, 就精度和切断外表粗度而言, 激光切开未能超越电加工, 就切开厚度而言难以达到火焰和等离子切开的水准。别的它亦不能像转塔冲床一样进行成型、攻牙及折边等。

  1.2 激光切开与冲床的比较

  曾经, 钣金加工职业运用传统冲床进行冲压, 今后开展至数控转塔冲床及复合机床。跟着社会进步,激光切开技能亦被引入至金属加工职业, 现在已成为工业上板材切开的一种开展迅速、运用广泛的先进加工办法。据非正式计算, 我国在工业出产中运用的激光切开体系累计已超越500台, 约占全世界正在运行体系总量的2%。

  在金属加工职业中, 激光切开广泛运用于厚度不超越20mm 的低碳钢及8mm的不锈钢, 其中钣金件大多数为概括形状杂乱及批量不大, 例如自动电梯结构件、升降电梯面板、机床及粮食机械外罩、各种电气柜、开关柜、纺织机械零件、工程机械结构件、大电机硅钢片等。别的, 一些装饰、广告、服务职业用的金属图案、标识、字体亦可运用激光切开制作。

  数控砖塔冲床合适大批量出产形状简单的产品。制品有电气柜、通讯体系交流机柜、电梯门板及扶手面板、钢制家具等。从相同的切开加工与冲压条件比较较, 激光切开机的价格一般比数控砖塔冲床高, 但由于其灵活性及其它各方面的优势(例如激光切开只需按照绘图形状切开、别的亦不需制作模具, 使出产周期缩短) 。近年来, 部分厂商逐步意识到它所带来的高效益, 为了提升市场竞争力, 企业在拥有多台数控砖塔冲床的一起, 购置激光切开机, 以习惯各类型的产品。所以, 与其说激光切开机与数控砖塔冲床存在竞争, 到不如说是相互弥补更为贴切。

  2 激光切开的典型运用

  2.1 轿车范畴的运用

  先进的三维激光设备, 不光能够完成车体零件的切开, 还可完成整个轿车车身全体的切开、焊接、热处理、熔覆、乃至三维丈量, 然后完成常规加工无法完成的技能要求。德国通快公司的三维激光设备在奔跑公司、奥迪公司、宝马公司、群众公司、通用公司、福特公司、雷诺公司、SKODA公司、欧宝公司、SAAB公司、VOLVO公司和戴姆勒一克莱斯勒公司成功地运用多年。

  2.2 航空范畴的广泛运用

  世界上很多的航空发动机企业选用三维激光设备进行燃烧器段的高温合金资料的切开和打孔任务, 在军用和民用航空器的铝合金资料或特殊资料的激光切开都获得了成功。

  3 激光焊接的特色及运用

  激光焊接是一种高速度、非触摸、变形极小的焊接方法, 十分合适很多而接连的在线加工。跟着激光设备和加工技能的开展, 激光焊接才能也在不断增强。现在, 运用4kW的C02激光器焊接1mm的板材, 焊接速度高达20m/min, 例如, 轿车职业的轿车箱底的大板拼接焊接作业等。激光焊接的方法首要有传导焊和穿透焊2 种。现在全球的激光运用首要以穿透焊为主。近些年来, 高功率万瓦级激光器在机械、轿车、钢铁等工业部门获得了日益广泛的运用。

  激光焊接机与其他焊接技能比较, 首要长处是:

  (1) 激光焊接速度快, 焊缝深宽比很大( 可达5~10) , 变形小。

  (2) 合适于精细件、箱体件和有密封要求焊接件的加工。激光束经聚集后可获得很小的光斑, 能精细定位, 可运用于大批量自动化出产, 不仅出产功率大大提高, 且热影响区小, 焊点无污染, 大大提高了焊接的质量。

  (3) 激光焊缝机械功用好, 一般焊缝的机械功用均强于母材。

  (4) 焊接时, 无需屏蔽或真空环境, 对工业化规划出产含义很大。

  (5) 经过激光送丝焊接和激光送粉焊接等新工艺技能, 完成激光产业化运用, 开拓了激光焊接新的运用范畴。

  (6) 可焊接难以接近的部位, 施行非触摸远距离焊接。尤其是近几年来, 在YAG 激光加工技能中选用了光纤传输技能, 使激光焊接技能获得了更广泛的推行与运用。

  总归, 激光焊接有如下优势: 高强度, 超长寿数;高焊接速度, 功率高; 搭接接口工艺简单, 废品率低;低定位精度适于产业化出产。首要运用于军工企业、食品工业、化学工业、石化工业。

  4 激光焊接的典型运用

  4.1 激光焊接轿车用大板拼接的运用

  为了满意轿车职业对宽幅钢板和特殊功用钢板的需求, 经过激光焊接进行大板拼接, 满意轿车厂大型三维功用冲压件的要求。全球轿车制作商都已完成此类部件的激光焊接运用。例如, 奔跑、宝马群众、通用、丰田、欧宝SAAB、戴姆勒一克莱斯勒等很多公司都早已运用。能够把1m宽的冷轧钢板, 经过激光焊接, 拼成2m 宽的钢板。

  4.2 激光焊接在齿轮加工方面的运用

  激光焊接齿轮的工艺从根本上改动了传统的设计和制作理念, 为齿轮箱体类部件的加工供给了更好的经济性和更为紧凑的结构。运用激光焊接齿轮工艺, 需求先加工整个环状长齿圈, 然后截成若干个齿圈, 再别离依据齿轮箱的要求焊在传动轴上。

  5 结束语

  激光加工技能已在很多范畴得到广泛运用, 跟着激光加工技能、设备、工艺研讨的不断深入, 将具有更宽广的运用前景。