第一篇：激光強(qiáng)化、修復(fù)技術(shù)2

修復(fù)的重要意義：金屬工模具的失效事實(shí)上均因其表層局部材料磨損等原因而報(bào)廢，而且金屬工模具的加工周期很長(zhǎng)、加工費(fèi)用極高（尤其是精密復(fù)雜模具或大型模具制造加工費(fèi)高達(dá)數(shù)十萬(wàn)元乃至數(shù)百萬(wàn)元）。因此，對(duì)金屬工模具真正承受磨損作用的特定部位進(jìn)行表面強(qiáng)化（“用勁用在點(diǎn)子上”），以大幅度延長(zhǎng)、提高工模具的使用壽命，無(wú)疑是一種具有重要經(jīng)濟(jì)意義的方法。另外，大多數(shù)工模具只因表面很薄一層材料被磨損后即失效報(bào)廢，因此，只須對(duì)模具及關(guān)鍵金屬零部件表面磨損局部區(qū)域進(jìn)行修復(fù)，并在修復(fù)過(guò)程中把模具表面真正實(shí)際承受磨損的表面“換成”特殊高耐磨材料（“好鋼用在刀刃上”），就可“變廢為寶”，不僅使模具得到修復(fù)，而且由于修復(fù)后的新模具表面“刃口部位”使用了特殊高耐磨材料，修復(fù)后的模具的使用壽命還將較原模具大幅度提高，經(jīng)濟(jì)效益巨大（例如：修復(fù)一根電廠(chǎng)電機(jī)大型軸包括各種準(zhǔn)備時(shí)間在內(nèi)也僅需數(shù)天時(shí)間，但可創(chuàng)造上百萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益）。

模具工作面金屬醫(yī)生/激光強(qiáng)化處理技術(shù)及裝備

可對(duì)金屬工件出現(xiàn)磨損、劃傷、針孔、裂紋、缺損變形、硬度降低、沙眼、損傷等缺陷進(jìn)行沉積、封孔、補(bǔ)平等修復(fù)功能。還可在金屬表面形成耐磨層、耐蝕層、耐熱層、耐氧化層、耐沖擊層、防滑層、高粘合層、可焊層、導(dǎo)電層等強(qiáng)化作用。這樣就決定了本設(shè)備應(yīng)用的廣泛性和先進(jìn)性。成為各行各業(yè)必備的設(shè)備。

1、模具制造行業(yè)

塑料模表面的打毛，增加美感和使用壽命；頭盔塑料模具分型面堆焊修復(fù)；鋁合金壓鑄模具分流錐表面強(qiáng)化；模具腔超差、磨損、劃傷等修復(fù)與強(qiáng)化。

2、塑料橡膠工業(yè)

橡塑機(jī)械零部件修復(fù)，橡膠、塑料件用的模具超差、磨損與修補(bǔ)。

3、航空、航天業(yè)

飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件、渦輪、渦輪軸修復(fù)或修補(bǔ)，火箭噴嘴表面強(qiáng)化修理，飛機(jī)外板部件修復(fù)，人造衛(wèi)星外殼強(qiáng)化或修復(fù)，鈦合金件的局部滲碳強(qiáng)化，鐵基高溫合金件的局部滲碳強(qiáng)化，鎂合金的表面滲A1等防腐蝕涂層，鎂合金件局部缺陷堆焊修補(bǔ)，鎳基/鈷基高溫合金葉片工件局部堆焊修復(fù)，如：葉片葉冠阻尼面與葉尖的磨損和導(dǎo)葉的燒蝕等。

4、汽車(chē)與機(jī)車(chē)的制造與維修行業(yè)

汽車(chē)制造和維修工業(yè)中，用于凸輪、曲軸、活塞、汽缸、離合器、摩擦片、排氣閥等補(bǔ)差和修復(fù)，汽車(chē)體的表面焊道缺陷補(bǔ)平修正。

5、船舶、電力行業(yè)

電曲軸、軸套、軸瓦、電氣元件、電阻器等修復(fù)，電氣鐵路機(jī)車(chē)輪與底線(xiàn)軌道連接片的焊接，電鍍廠(chǎng)導(dǎo).電輥、金屬氧化處理銅鋁電極的制作焊接。

6、機(jī)械工業(yè)

修正超差工件和修復(fù)機(jī)床導(dǎo)軌、各種軸、凸輪、水壓機(jī)、油壓機(jī)柱塞、氣缸壁、軸頸、軋輥、齒輪、皮帶輪、彈簧成形用的芯軸、塞規(guī)、環(huán)規(guī)、各類(lèi)輥、桿、柱、鎖、軸承等。

7、鑄造工業(yè)

鐵、銅、鋁鑄件砂眼氣孔等缺陷的修補(bǔ)，鋁模型磨損修復(fù)。

8、化學(xué)工業(yè)

反應(yīng)器攪拌軸及漿可焊上耐磨耐蝕層。用此方法可加工泵柱塞、泵葉輪、泵殼體、密封環(huán)、軸套、閥門(mén)密封面、閥桿、閥芯、風(fēng)機(jī)葉片、壓縮機(jī)十字頭、耐酸泵柱塞葉輪、套筒及環(huán)狀零件等。

9、金屬、動(dòng)力、冶金、煤炭工業(yè)

送風(fēng)機(jī)零件、翻斗車(chē)零件、分粒過(guò)濾網(wǎng)、各種沖磨及沖頭、煤炭運(yùn)輸絲桿、傳送零件、蒸汽閥、重載荷軸承以及軋輥的表面強(qiáng)化、管材生產(chǎn)線(xiàn)V形傳輥的表面強(qiáng)化、線(xiàn)材生產(chǎn)線(xiàn)導(dǎo)衛(wèi)錕的表面強(qiáng)化、軋輥的表面毛化處理、軋輥表壓擠傷溝（坑）的在線(xiàn)修復(fù)、軋輥頸軸磨損的修復(fù)、鉬頂頭的表面強(qiáng)化、燃燒機(jī)、加熱機(jī)、退火罐、排氣管道、冶金爐風(fēng)嘴、鑄磨等修復(fù)。

10、水泥工業(yè)

水泥干燥設(shè)備、鼓風(fēng)機(jī)葉片、傳送零部件、齒輪軸、滾爐拖輪、各類(lèi)軸承、軸套等強(qiáng)化或修復(fù)。

11、建筑業(yè)

建筑機(jī)械零部件、水泥攪拌漿、磚成型機(jī)的橋與心軸強(qiáng)化等修復(fù)

12、造紙工業(yè)

造紙烘缸、壓輥、軸頸、齒輪軸、皮帶輪等修復(fù)。

13、印刷工業(yè)

印刷機(jī)油墨滾筒、印刷輥輪表面強(qiáng)化與修復(fù)

14、食品工業(yè)

食品機(jī)械零部件的維修，食品模具修補(bǔ)是最佳的方法。若用其他焊接修補(bǔ)會(huì)燒傷模具。

15、印染工業(yè)

印染機(jī)械零部件的修復(fù)，特別是對(duì)印染設(shè)備修復(fù)與防腐，更有它的特色。

16、其它行業(yè) 兵器工業(yè)

在電力、石油、冶金、汽車(chē)等許多工業(yè)部門(mén)及兵器工業(yè)中，材料表面的耐燒蝕涂層的研究越來(lái)越受到人們的重視。如大口徑火炮的內(nèi)膛表面，在射擊時(shí)遭受火藥爆炸產(chǎn)生的高溫氣體的強(qiáng)烈燒蝕，是影響炮管使用壽命的一個(gè)重要因素，通常比磨損或疲勞破壞嚴(yán)重得多。

長(zhǎng)期以來(lái)，炮管鍍鉻作為一種防燒蝕的方法在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用，但鍍鉻層往往存在許多固有裂紋，而且很脆，加之鍍鉻層的顯微組織為沿鍍鉻層厚度方向生長(zhǎng)的柱狀晶，其耐蝕性能較差，容易脫落。采用電火花表面合金化的方法獲得的耐燒蝕涂層與鍍鉻涂層和未處理的基材相比，基材３次燒蝕循環(huán)就嚴(yán)重氧化脫落一層氧化皮；鍍鉻層處理后燒蝕２次循環(huán)時(shí)產(chǎn)生明顯宏觀(guān)裂紋并開(kāi)始剝落，至２７次循環(huán)時(shí)，鍍鉻層幾乎全部脫落；而電火花強(qiáng)化層至３０次燒蝕循環(huán)后，僅表面顏色變暗，涂層厚度無(wú)明顯減薄，更無(wú)裂紋和剝落現(xiàn)象。這表明電火花表面合金化是獲得耐燒蝕涂層的好辦法。航空工業(yè)中的應(yīng)用

?如今我們采用金屬醫(yī)生技術(shù)對(duì)多種航空航天、汽車(chē)、電機(jī)等上使用的鋁合金部件的疏松、氣孔和表面裂紋等缺陷進(jìn)行了修復(fù)。經(jīng)過(guò)裝機(jī)使用，效果非常好。

?鋁合金表面修復(fù)

鋁及其合金表面自然形成一層強(qiáng)韌性的氧化膜，由此造成在實(shí)際焊接過(guò)程中很難防止暴露區(qū)域的氧化行為。電阻點(diǎn)焊焊接鋁合金也是非常困難的，盡管該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)鋁合金的焊接，因?yàn)楸砻嫜趸さ拇嬖趯?dǎo)致表面電阻發(fā)生變化[12]。與鐵不同，鋁只有一種同素異形體，這樣在冷卻時(shí)就無(wú)相轉(zhuǎn)變發(fā)生而造成顯微結(jié)構(gòu)的變化。鋁合金強(qiáng)化的方式主要有變形強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化。常規(guī)焊接方法一般會(huì)在焊接時(shí)由于熱輸入的熱量會(huì)惡化變形強(qiáng)化或析出強(qiáng)化的鋁合金。

?弧焊和點(diǎn)焊是鋁合金焊接中較常采用的焊接技術(shù)。最近由于激光技術(shù)的迅速發(fā)展，激光焊接技術(shù)得到迅猛的發(fā)展并在鋁合金的焊接上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。然后，由于鋁合金種類(lèi)的不同而存在不同的問(wèn)題。如，有研究表明在焊接AA6xxx系列鋁合金由于存在較大的凝固溫度區(qū)間而極易形成諸如裂紋等缺陷，在焊接AA5083時(shí)由于Mg含量在3~6%之間極易形成疏松缺陷。以上缺點(diǎn)的存在，導(dǎo)致鋁合金的激光焊接比較于鋼鐵材料的焊接而言要復(fù)雜得多。

?而且，氧與鋁之間的高活性會(huì)導(dǎo)致鋁合金產(chǎn)品在鑄造過(guò)程中極易發(fā)生疏松和氣孔等缺陷，如圖1為某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)鑄造件表面上形成的縮孔，圖2為ZL104鋁合金中形成的疏松缺陷。疏松和氣孔的存在會(huì)嚴(yán)重降低制件的服役性能，甚至造成事故。但由于這些鋁合金制件多為薄壁件且一般已經(jīng)加工成成品，常規(guī)的焊補(bǔ)手段很難做到對(duì)基材不產(chǎn)生熱損傷。而金屬醫(yī)生技術(shù)卻可以很好的解決這一問(wèn)題。?如今我們采用金屬醫(yī)生技術(shù)對(duì)多種航空航天、汽車(chē)、電機(jī)等上使用的鋁合金部件的疏松、氣孔和表面裂紋等缺陷進(jìn)行了修復(fù)。經(jīng)過(guò)裝機(jī)使用，效果非常好。圖3為我們?cè)谀澈娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)部件上使用金屬醫(yī)生技術(shù)進(jìn)行修復(fù)后的截面圖。

圖1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)上鑄造Al合金表面的氣孔缺陷

圖2 ZL104合金上形成的疏松

圖3 Al-Si合金表面的HEMAA涂層

鈦合金的表面滲碳和修復(fù)

?鈦及其合金由于其突出的綜合性能而廣泛應(yīng)用于航空航天、化學(xué)、汽車(chē)制造以及核工業(yè)領(lǐng)域。但鈦合金由于不耐磨，因此需要進(jìn)行表面滲碳處理以提高其表面耐磨性。

常規(guī)滲碳方法有電鍍、滲碳爐滲碳、放電加工、ＰＶＤ、ＣＶＤ等方法，但這些方法均沒(méi)有易加工、處理溫度低、可高速以及大面積處理等優(yōu)點(diǎn)。采用電火花滲碳形成滲碳層，其滲層深約５μｍ，經(jīng)電子探針和Ｘ射線(xiàn)分析確認(rèn)是碳向鈦基體梯度滲入生成的ＴｉＣ層。該方法屬于擴(kuò)散處理的一種，得到的硬化層與涂層處理得到的硬質(zhì)層不同，具有與一般的梯度膜同樣良好的致密性，硬度為Ｈｖ２２００ 基材約為Ｈｖ２００。經(jīng)摩擦實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電火花加工處理可降低鈦的摩擦系數(shù)，提高耐磨性。另外，經(jīng)處理的表面耐鹽水和硫酸的腐蝕性能也優(yōu)于純鈦。?另外，我們還對(duì)飛機(jī)的鈦合金防冰殼體、鐵基高溫合金以及鎂合金零部件進(jìn)行了電火花強(qiáng)化處理。?表面滲碳

?鈦合金在制作成轉(zhuǎn)動(dòng)部件后進(jìn)行應(yīng)用非常具有吸引力，如汽車(chē)的閥門(mén)、化工用的泵閥以及飛機(jī)使用的部件。然而鈦合金的耐磨性非常差，因?yàn)樗谶\(yùn)動(dòng)過(guò)程中極易發(fā)生粘著磨損。

鈦及鈦合金的滲碳可以在非氧化性氣氛的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)。根據(jù)Ti-C相圖可以發(fā)現(xiàn)，Ti-C相圖有別于Ti-O相圖與Ti-N相圖，C在Ti中的固溶度非常小。TiC化合物的厚度一般在1～10μm。但一旦TiC形成后，再形成更深的滲碳層就非常不容易。滲碳溫度一般在1050℃的溫度下進(jìn)行，同時(shí)需要有滲碳介質(zhì)存在才能完成滲碳過(guò)程。

圖4為T(mén)i-C相圖。其中γ相為T(mén)iC1-x，此處x在一定范圍內(nèi)變化。

傳統(tǒng)的滲碳處理工藝是不能完成對(duì)指定區(qū)域的滲碳。而金屬醫(yī)生恰好可以實(shí)現(xiàn)在常溫下對(duì)指定區(qū)域的滲碳。

?鈦合金表面的滲碳實(shí)驗(yàn)采用碳棒作電極，鈦合金作為基體材料。圖5為滲碳結(jié)束后得到的硬度分布曲線(xiàn)，表層的顯微硬度可以到達(dá)Hv1500，由表及里存在梯度逐漸降低到基材的位置。在合金化過(guò)程中將發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)過(guò)程：

C+α―Ti→αTi(C)(1)C+Ti→TiC(2)

如今該工藝已經(jīng)成功的應(yīng)用到化工廠(chǎng)閥門(mén)表面的滲碳和某型號(hào)飛機(jī)用鈦合金部件的表面強(qiáng)化處理上。圖6即為我們對(duì)某化工廠(chǎng)閥門(mén)表面進(jìn)行滲碳處理的實(shí)物圖，圖7中黑色區(qū)域即為滲碳強(qiáng)化處理區(qū)域。

圖4Ti-C相圖圖5 TC4鈦合金表面滲碳層的顯微硬度

圖6 采用金屬醫(yī)生進(jìn)行合金化滲碳處理的閥門(mén)（黑色區(qū)域?yàn)樘幚聿课唬?/p>

鈦合金的修復(fù)

航空航天部件上使用的鈦合金基本上是采用熱處理強(qiáng)化的高強(qiáng)度鈦合金進(jìn)行制造的。這些部件由于在操作運(yùn)轉(zhuǎn)、腐蝕、磨擦等工況的作用發(fā)生磨損和損傷。然而，每年均有大量昂貴的魚(yú)雷、藥筒以及刮傷的鈦合金部件由于摩擦而表面形成缺陷需要修復(fù)。同時(shí)有一部分鈦合金存在鑄造缺陷需要進(jìn)行修復(fù)。一部分鈦合金部件可以采用傳統(tǒng)的焊接技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。由于傳統(tǒng)的焊接方法會(huì)對(duì)基材產(chǎn)生大量的熱損傷，而且這種熱損傷常常是有害的，會(huì)造成部件的變形、腐蝕敏感性增強(qiáng)、熱影響區(qū)的強(qiáng)度下降、吸氫/氮/氧等后果。而且，一些高強(qiáng)鈦合金如武器或飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的Ti-6A-2Sn-4Zr-6Mo合金、被認(rèn)為是不可焊合金?；谝陨显颍@些部件的修復(fù)一般不考慮采用常規(guī)的焊接技術(shù)進(jìn)行修復(fù)的辦法。圖7為由于磨損和龜裂造成的缺陷。圖8為在Ti6Al4V基材上進(jìn)行金屬醫(yī)生后得金相照片。

圖7磨損與減尺后的Ti6Al4V-渦輪銷(xiāo)軸

圖8在Ti6Al4V表面上制備出的金屬醫(yī)生涂層

電廠(chǎng)中的應(yīng)用

?金屬醫(yī)生是一種微脈沖焊接技術(shù)，它利用電路短路產(chǎn)生的高脈沖電流，瞬間將電極材料的尖端熔化，從而在微小的局部區(qū)域進(jìn)行小面積的增厚。由于放電局限于電極的尖端和工件表面上的微小區(qū)域，使得該工藝的熱輸入量非常小，不會(huì)造成對(duì)基材組織的影響，或者對(duì)基材的組織影響非常小。金屬醫(yī)生在難修復(fù)或難于制備涂層的材料上，尤其是在熱影響區(qū)的影響不得不考慮的場(chǎng)合，顯示出無(wú)可比擬 的優(yōu)越性。金屬醫(yī)生不需要進(jìn)行前/后熱處理。因此，該技術(shù)在修復(fù)大型、高附加值、難拆卸的設(shè)備部件上的應(yīng)用價(jià)值越來(lái)越明顯。由于不見(jiàn)在尺寸恢復(fù)/強(qiáng)化時(shí)處于環(huán)境溫度，從而避免產(chǎn)生熱變形和熱應(yīng)力等問(wèn)題。本文主要介紹使用金屬醫(yī)生技術(shù)在電站汽輪機(jī)、核電站、水利部門(mén)、航空航天上由于腐蝕而造成的部件的損傷失效的性能恢復(fù)與強(qiáng)化上的典型應(yīng)用。

?山東某電廠(chǎng)蒸汽輪機(jī)殼體密封面采用電火花修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了修復(fù)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。該廠(chǎng)１０萬(wàn)千瓦發(fā)電機(jī)組蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速為 10000r/min，工作壓力為 1.47MPa。由于鑄鐵殼體密封面因高壓蒸汽沖蝕泄露，末級(jí)排氣部位高壓蒸汽（686 ～ 784kPa）串入壓力為-89.6kPa 的真空密封帶。采用電火花設(shè)備成功修復(fù)了嚴(yán)重沖蝕的鑄鐵密封面，保證了設(shè)備的正常運(yùn)行。

汽輪機(jī)類(lèi)部件激光/金屬醫(yī)生修復(fù)

激光再制造技術(shù)在鋼鐵冶金行業(yè)中的應(yīng)用

?鋼鐵冶金行業(yè)是國(guó)家的基礎(chǔ)行業(yè)，同時(shí)屬于國(guó)家的重工業(yè)，且其設(shè)備繁雜、種類(lèi)多、噸位重。由于摩擦、磨損等各種原因的存在，要維持設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，每年

將消耗大量的備品備件。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003年濟(jì)南鋼鐵股份公司達(dá)到年產(chǎn)量334萬(wàn)t鋼的規(guī)模，而公司每年用于設(shè)備修理的備品備件制造費(fèi)用就高達(dá)1.2億元，備品備件修舊利廢數(shù)量達(dá)150t以上，創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益2000萬(wàn)元左右。因此，減少備品備件的消耗和對(duì)已使用設(shè)備的再制造修復(fù)對(duì)降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有積極的促進(jìn)作用，且降低成本的空間很大。其中激光再制造技術(shù)對(duì)做好備品備件的修理、修復(fù)工作，對(duì)企業(yè)節(jié)能降耗具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。激光再制造技術(shù)的主要種類(lèi) 1.激光淬火

激光淬火技術(shù)是利用聚焦后的激光束入射到鋼鐵材料表面，使其溫度迅速升高到相變點(diǎn)以上，當(dāng)激光移開(kāi)后，由于仍處于低溫的內(nèi)層材料的快速導(dǎo)熱作用，使受熱表層快速冷卻到馬氏體相變點(diǎn)以下，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工件的表面相變硬化。如大型軋輥表面激光熔凝淬火的最大淬硬層深度可以達(dá)到2毫米以上。② 激光熔覆與合金化

激光熔覆技術(shù)是采用激光束在選定工件表面熔覆一層特殊性能的材料, 以改善工件表面性能的工藝。對(duì)于冶金行業(yè)軋輥、導(dǎo)位、輸送輥、夾送輥、剪刃等大量易損件來(lái)說(shuō)，激光熔覆與合金化技術(shù)的最大好處是將軋輥的整體合金化變成表面合金化或者熔覆，使軋輥等易損件的使用壽命大幅度提高的同時(shí)，生產(chǎn)成本增加有限。顯然，合金粉末的設(shè)計(jì)、選擇與使用正確與否是該項(xiàng)技術(shù)能否成功的關(guān)鍵。③激光焊接

激光焊接是激光材料加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一。其原理是將高強(qiáng)度的激光輻射至金屬表面，通過(guò)激光與金屬的相互作用，使金屬熔化形成焊接。由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已成功地應(yīng)用于微、小型零件的精密焊接中。如目前我國(guó)鋼鐵行業(yè)處于主導(dǎo)地位的典型冷軋工藝路線(xiàn)是：轉(zhuǎn)爐冶煉－爐外精煉－初軋開(kāi)坯－熱連軋－酸洗－冷軋－退火－平整－鍍鋅（錫）－成產(chǎn)品。在此典型的冷軋工藝中，帶材焊接設(shè)備必不可少。在運(yùn)行過(guò)程中，先行鋼帶與后行鋼帶必需進(jìn)行焊接，才能保證生產(chǎn)線(xiàn)的連續(xù)作業(yè)。硅鋼板帶在線(xiàn)運(yùn)行時(shí)，需經(jīng)多次“S”型彎曲變形和承受一定的運(yùn)行張力，從而對(duì)焊縫的性能和質(zhì)量有很高要求。激光再制造技術(shù)在鋼鐵冶金行業(yè)中的應(yīng)用

1、軋輥的修復(fù)與強(qiáng)化

冶金行業(yè)生產(chǎn)設(shè)備大部分是在高(交變)應(yīng)力、高熱應(yīng)力的惡劣環(huán)境下工作，如連鑄輥、校直輥、槽型輥、半鋼輥、鑄管模、熱(冷)軋工作輥、高爐溜槽、料鐘等。在這些設(shè)備中，各種軋輥無(wú)疑是其中最關(guān)鍵的設(shè)備零件，其消耗量大，價(jià)格昂貴，壽命長(zhǎng)短不僅與產(chǎn)品成本密切相關(guān)，而且直接決定鋼鐵制品的質(zhì)量，尤其是表面質(zhì)量和板型。采用激光堆焊修復(fù)各種軋輥，其中以小型軋輥和局部修復(fù)更為擅長(zhǎng)。性能如能新件。

激光淬火技術(shù)可對(duì)各種導(dǎo)軌、大型齒輪、軸頸、汽缸內(nèi)壁、模具、減振器、摩擦輪、軋輥、滾輪零件進(jìn)行表面強(qiáng)化。

激光毛化汽車(chē)板由于涂漆后反射映像光澤度高，在國(guó)外被稱(chēng)為“鏡面鋼板”，它是生產(chǎn)高級(jí)轎車(chē)面板的優(yōu)質(zhì)板材。因此，激光毛化冷軋薄板（帶）是汽車(chē)、家電、電子和輕工業(yè)生產(chǎn)需求的重要原材料。

2、各種軸類(lèi)零件磨損、抱瓦、裂紋的修復(fù)

各種軸類(lèi)零件經(jīng)激光堆焊處理后堆焊層無(wú)粗大的鑄造組織，堆焊層及界面組織細(xì)

密，晶粒細(xì)化，無(wú)孔、砂眼、夾雜、裂紋等缺陷，性能如同新件。

3、冶金行業(yè)中的各種高附加值的大、中、小型齒輪類(lèi)零件的修復(fù)與強(qiáng)化

激光堆焊技術(shù)可使各種高附加值的大、中、小型齒輪類(lèi)零件性能得到恢復(fù)。驗(yàn)收指標(biāo)仍按原制造標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

4、高壓高速風(fēng)機(jī)葉片的修復(fù)

葉片因其工作環(huán)境較為惡劣，葉輪葉片進(jìn)風(fēng)口部位易嚴(yán)重腐蝕與磨損，一般使用3 000～4 000 h即因葉輪葉片腐蝕與磨損失去平衡而報(bào)廢。采用激光堆焊技術(shù)可以使修復(fù)層與原基材為冶金結(jié)合，硬度達(dá)到HRC55左右。服役性能如同新件。激光再制造技術(shù)的成本分析

激光加工最大的成本在于設(shè)備的一次性投資比較昂貴，一旦設(shè)備投入之后，在不考慮設(shè)備投入成本的前提下，運(yùn)行成本比較低。由于鋼鐵冶金設(shè)備中的軋輥、軸類(lèi)零件、葉片以及齒輪等都是高附加值的零件，激光加工的費(fèi)用均在原值的25%以下。而且激光加工的周期短，可以大大節(jié)約維修的時(shí)間，從而保證了及時(shí)生產(chǎn)，并且性能如同新件。

高附加值鑄件、特種零件、泵閥等部件表面缺陷的無(wú)損修復(fù)。關(guān)鍵件的失效分析與診斷。

軸頭的激光堆焊修復(fù)

液壓件的激光粉末熔敷強(qiáng)化

第二篇：激光通信技術(shù)2

通信設(shè)施是人類(lèi)社會(huì)，尤其是現(xiàn)代社會(huì)必不可少的。由于電磁通信技術(shù)容量小、保密性差、越來(lái)越不能滿(mǎn)足社會(huì)發(fā)展的需要。激光發(fā)明后，結(jié)合另一發(fā)明光導(dǎo)纖維，光通訊思想重獲新生并取得了令人矚目的成果。

作為信號(hào)傳輸?shù)墓饫w通信首先于20世紀(jì)70年代由于低損耗光纖的誕生開(kāi)始獲得廣泛應(yīng)用，三十年來(lái)已成為現(xiàn)代通信技術(shù)領(lǐng)域里的一大重要支柱。至今已成功鋪設(shè)橫跨大西洋和太平洋的光纜，其中跨越大西洋的TAT—8光纜總?cè)萘窟_(dá)3．2萬(wàn)多個(gè)雙向話(huà)路。1989年日本利用新型光信號(hào)放大器首創(chuàng)900千米光纖通信成功，達(dá)到使用長(zhǎng)距離通信的要求，從此，光纖長(zhǎng)途通信得到飛速發(fā)展，并形成全球性的產(chǎn)業(yè)。光纖已經(jīng)成為通信網(wǎng)的重要傳輸媒介，現(xiàn)在世界上大約有85％的通信業(yè)務(wù)經(jīng)光纖傳輸。美、日、英、法等8國(guó)已宣布，今后鋪設(shè)長(zhǎng)途通信干線(xiàn)不再使用電纜而改用光纜。

我國(guó)光纖通信開(kāi)發(fā)起步于1972年，1976年研制出低損耗的多模光纖，1978年首先在上海兩個(gè)市話(huà)分局之間鋪設(shè)一條1.8千米可傳送120路電話(huà)的光纜，繼而在全國(guó)各地積極建設(shè)光纖通路。目前，中國(guó)最長(zhǎng)的一條大容量光纜干線(xiàn)通信工程在京、津、濟(jì)、寧之間建成，這條干線(xiàn)全長(zhǎng)1484千米，可容納12000條話(huà)路，并實(shí)現(xiàn)與滬寧和東南沿海光纜通信工程連接，大大改善中國(guó)沿海地區(qū)的通信條件。

激光通信技術(shù)將激光與電子很好地結(jié)合在一起，與以往的通信技術(shù)相比，具有四個(gè)顯著的特點(diǎn)。

①通信容量大。通信容量的大小，通常指一對(duì)電線(xiàn)(或電纜)上能通多少路電話(huà)。激光可用的頻率范圍為1×107—1×109兆赫，比微波頻率高10萬(wàn)—100萬(wàn)倍，一束激光可容納100億路電話(huà)。如果全球人口按60億計(jì)算，則全世界的人同時(shí)利用一束激光通信還綽綽有余。

②通信質(zhì)量高。且F指抗干擾性強(qiáng)，信噪比高，失真度小。激光通信能有效地滿(mǎn)足這些要求：通電話(huà)，聲音清晰；傳輸數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確無(wú)誤；傳遞圖像，色彩逼真。

③保密性好。由于激光幾乎是一束平行而準(zhǔn)直的細(xì)線(xiàn)，在空間傳播時(shí)發(fā)散角極小，加之用以傳輸信息的激光大多是不可見(jiàn)的紅外光，所以想截獲激光非常困難。

④原料足，價(jià)格低。制造光纖的原料，是地球上取之不盡的石英，只要幾克石英就能制出一公里長(zhǎng)的光纖。因而用光纖代替普通金屬導(dǎo)線(xiàn)可以節(jié)約大量寶貴的有色金屬銅和鋁。由于光導(dǎo)纖維的傳輸損耗低，因此中繼站距離長(zhǎng)。一般同軸電纜，每隔3千米就要設(shè)一個(gè)中繼站，而光纖通信的中繼站，距離可超出30千米，這就意味著采用光纖通信的投資可以大大降低。

第三篇：激光加工技術(shù)

激光加工技術(shù)

一、技術(shù)概述

激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對(duì)材料（包括金屬與非金屬）進(jìn)行切割、焊接、表面處理、打孔及微加工等的一門(mén)加工技術(shù)。激光加工技術(shù)是涉及到光、機(jī)、電、材料及檢測(cè)等多門(mén)學(xué)科的一門(mén)綜合技術(shù)，它的研究范圍一般可分為：

1．激光加工系統(tǒng)。包括激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、加工機(jī)床、控制系統(tǒng)及檢測(cè)系統(tǒng)。

2．激光加工工藝。包括切割、焊接、表面處理、打孔、打標(biāo)、劃線(xiàn)、微調(diào)等各種加工工藝。

二、現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)

作為20世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主要標(biāo)志和現(xiàn)代信息社會(huì)光電子技術(shù)的支柱之一，激光技術(shù)和激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到世界先進(jìn)國(guó)家的高度重視。

激光加工是國(guó)外激光應(yīng)用中最大的項(xiàng)目，也是對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造的重要手段，主要是kW級(jí)到10kW級(jí)CO2激光器和百瓦到千瓦級(jí)YAG激光器實(shí)現(xiàn)對(duì)各種材料的切割、焊接、打孔、刻劃和熱處理等。據(jù)1997~1998年的最新激光市場(chǎng)評(píng)述和預(yù)測(cè)，1997年全世界總激光器市場(chǎng)銷(xiāo)售額達(dá)32.2億美元，比1996年增長(zhǎng)14％，其中材料加工為8.29億美元，醫(yī)療應(yīng)用3億美元，研究領(lǐng)域1.5億美元。1998年總收入預(yù)計(jì)增長(zhǎng)19％，可達(dá)到38.2億美元。其中占第一位的材料加工預(yù)計(jì)超過(guò)10億美元，醫(yī)用激光器是國(guó)外第二大應(yīng)用。

激光加工應(yīng)用領(lǐng)域中，CO2激光器以切割和焊接應(yīng)用最廣，分別占到70％和20％，表面處理則不到10％。而YAG激光器的應(yīng)用是以焊接、標(biāo)記（50％）和切割（15％）為主。在美國(guó)和歐洲CO2激光器占到了70~80％。我國(guó)激光加工中以切割為主的占10％，其中98％以上的CO2激光器，功率在1.5kW~2kW范圍內(nèi)，而以熱處理為主的約占15％，大多數(shù)是進(jìn)行激光處理汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸套。這項(xiàng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和社會(huì)效益都很高，故有很大的市場(chǎng)前景。

在汽車(chē)工業(yè)中，激光加工技術(shù)充分發(fā)揮了其先進(jìn)、快速、靈活地加工特點(diǎn)。如在汽車(chē)樣機(jī)和小批量生產(chǎn)中大量使用三維激光切割機(jī)，不僅節(jié)省了樣板及工裝設(shè)備，還大大縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期；激光束在高硬度材料和復(fù)雜而彎曲的表面打小孔，速度快而不產(chǎn)生破損；激光焊接在汽車(chē)工業(yè)中已成為標(biāo)準(zhǔn)工藝，日本Toyota已將激光用于車(chē)身面板的焊接，將不同厚度和不同表面涂敷的金屬板焊接在一起，然后再進(jìn)行沖壓。雖然激光熱處理在國(guó)外不如焊接和切割普遍，但在汽車(chē)工業(yè)中仍應(yīng)用廣泛，如缸套、曲軸、活塞環(huán)、換向器、齒輪等零部件的熱處理。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，激光加工技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)及柔性制造技術(shù)相結(jié)合，派生出激光快速成形技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)不僅可以快速制造模型，而且還可以直接由金屬粉末熔融，制造出金屬模具。

到了80年代，YAG激光器在焊接、切割、打孔和標(biāo)記等方面發(fā)揮了越來(lái)越大作用。通常認(rèn)為YAG激光器切割可以得到好的切割質(zhì)量和高的切割精度，但在切割速度上受到限制。隨著YAG激光器輸出功率和光束質(zhì)量的提高而被突破。YAG激光器已開(kāi)始擠進(jìn)kw級(jí)CO2激光器切割市場(chǎng)。YAG激光器特別適合焊接不允許熱變形和焊接污染的微型器件，如鋰電池、心臟起搏器、密封繼電器等。YAG激光器打孔已發(fā)展成為最大的激光加工應(yīng)用。

目前，國(guó)外激光打孔主要應(yīng)用在航空航天、汽車(chē)制造、電子儀表、化工等行業(yè)。激光打孔的迅速發(fā)展，主要體現(xiàn)在打孔用YAG激光器的平均輸出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。打孔峰值功率高達(dá)30~50kw，打孔用的脈沖寬度越來(lái)越窄，重復(fù)頻率越來(lái)越高，激光器輸出參數(shù)的提高，很大程度上改善了打孔質(zhì)量，提高了打孔速度，也擴(kuò)大了打孔的應(yīng)用范圍。國(guó)內(nèi)目前比較成熟的激光打孔的應(yīng)用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產(chǎn)及手表寶石軸承的生產(chǎn)中。

目前激光加工技術(shù)研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)可歸納為：

－－新一代工業(yè)激光器研究，目前處在技術(shù)上的更新時(shí)期，其標(biāo)志是二極管泵浦全固態(tài)激光器的發(fā)展及應(yīng)用；

－－精細(xì)激光加工，在激光加工應(yīng)用統(tǒng)計(jì)中微細(xì)加工1996年只占6％，1997年翻了一倍達(dá)12％，1998年已增加到19％；

－－加工系統(tǒng)智能化，系統(tǒng)集成不僅是加工本身，而是帶有實(shí)時(shí)檢測(cè)、反饋處理，隨著專(zhuān)家系統(tǒng)的建立，加工系統(tǒng)智能化已成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。

激光技術(shù)在我國(guó)經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，取得了上千項(xiàng)科技成果，許多已用于生產(chǎn)實(shí)踐，激光加工設(shè)備產(chǎn)量平均每年以20％的速度增長(zhǎng)，為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造、提高產(chǎn)品質(zhì)量解決了許多問(wèn)題，如激光毛化纖技術(shù)正在寶鋼、本鋼等大型鋼廠(chǎng)推廣，將改變我國(guó)汽車(chē)覆蓋件的鋼板完全依賴(lài)進(jìn)口的狀態(tài)，激光標(biāo)記機(jī)與激光焊接機(jī)的質(zhì)量、功能、價(jià)格符合國(guó)內(nèi)目前市場(chǎng)的需求，市場(chǎng)占有率達(dá)90％以上。

存在的主要問(wèn)題：

－－科研成果轉(zhuǎn)化為商品的能力差，許多有市場(chǎng)前景的成果停留在實(shí)驗(yàn)室的樣機(jī)階段；

－－激光加工系統(tǒng)的核心部件激光器的品種少、技術(shù)落后、可靠性差。國(guó)外不僅二級(jí)管泵浦的全固態(tài)激光器已用于生產(chǎn)過(guò)程中，而且二級(jí)管激光器也被應(yīng)用，而我國(guó)二極管泵浦的全固態(tài)激光器還處在剛開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)階段。

－－對(duì)加工技術(shù)的研究少，尤其對(duì)精細(xì)加工技術(shù)的研究更為薄弱，對(duì)紫外波激光進(jìn)行加工的研究進(jìn)行的極少。

－－激光加工設(shè)備的可靠性、安全性、可維修性、配套性較差，難以滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)的需要。

三、“十五”目標(biāo)及主要研究?jī)?nèi)容

1．目標(biāo)

“十五”的主要工作是促進(jìn)激光加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，保持激光器年產(chǎn)值20％的平均增長(zhǎng)率，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值200億元以上；在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中普及和推廣加工技術(shù)，重點(diǎn)完成電子、汽車(chē)、鋼鐵、石油、造船、航空等傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用激光技術(shù)進(jìn)行改造的示范工程；為信息、材料、生物、能源、空間、海洋等六大高科技領(lǐng)域提供嶄新的激光設(shè)備和儀器。

2．主要研究?jī)?nèi)容

（1）激光加工用大功率CO2和固體激光器及準(zhǔn)分子激光器的引進(jìn)機(jī)型研究，提高國(guó)產(chǎn)機(jī)水平；同時(shí)開(kāi)發(fā)和研制專(zhuān)用配套的激光加工機(jī)床，提高激光器產(chǎn)品在生產(chǎn)線(xiàn)上穩(wěn)定運(yùn)行的周期，力爭(zhēng)在國(guó)內(nèi)建立較全面的加工用激光器的生產(chǎn)基地。

（2）建立激光加工設(shè)備參數(shù)的檢測(cè)手段，并進(jìn)行方法研究。

（3）激光切割技術(shù)研究。對(duì)現(xiàn)有的激光切割系統(tǒng)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，提供性能好、價(jià)格便宜的2－3軸數(shù)控CO2切割機(jī)，并開(kāi)展相應(yīng)的切割工藝的研究，使該工藝廣泛用于材料加工、汽車(chē)、航天及造船等領(lǐng)域。為此應(yīng)著重在激光器外圍裝置，如：導(dǎo)光系統(tǒng)、過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制、噴咀、浮動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)和研制以及CAD／CAM等方面開(kāi)展工作。

（4）激光焊接技術(shù)研究。開(kāi)展激光焊接工藝及材料、焊接工藝對(duì)設(shè)備要求及焊接過(guò)程參數(shù)監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)研究，從而掌握普通鋼材、有色金屬及特殊鋼材的焊接工藝。

（5）激光表面處理技術(shù)研究。開(kāi)展維CAD／CAM技術(shù)、激光表面處理工藝、材料性能及激光表面處理工藝參數(shù)監(jiān)測(cè)和控制研究，使激光表面處理工藝能較大幅度的應(yīng)用于生產(chǎn)。

（6）激光加工光束質(zhì)量及加工外圍裝置研究。研究各種激光加工工藝對(duì)激光光束的質(zhì)量要求、激光光束和加工質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)，光學(xué)系統(tǒng)及加工頭設(shè)計(jì)和研制。

（7）擇優(yōu)支持2~3個(gè)國(guó)家級(jí)加工技術(shù)研究中心，開(kāi)展激光加工工藝技術(shù)研究，重點(diǎn)是材料表面改性和熱處理方面的研究和推廣應(yīng)用；開(kāi)展激光快速成形技術(shù)的應(yīng)用研究，拓寬激光應(yīng)用領(lǐng)域。

第四篇：激光切割技術(shù)

激光切割技術(shù)

1.激光切割技術(shù)基本概念

激光切割是利用高能量密度的激光束作為“切割工具”對(duì)材料進(jìn)行熱切割的一種材料加工方式，是激光加工行業(yè)中最重要的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)。1971年用CO2激光切割包裝用夾板，首次開(kāi)辟了激光切割在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。隨著激光切割設(shè)備的不斷更新和切割工藝的日益先進(jìn)，激光切割技術(shù)可實(shí)現(xiàn)各種金屬，非金屬板材及眾多復(fù)雜零件的切割，在汽車(chē)工業(yè)，航空航天，國(guó)防等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。

2.激光切割技術(shù)基本原理和分類(lèi)

2.1 激光切割技術(shù)基本原理

在激光束能量作用下，材料表面被迅速加熱到幾千至上萬(wàn)度而熔化或氣化，隨著氣化物逸出和熔融物體被輔助高壓氣體吹走，達(dá)到切割材料的目的。脈沖激光適用于金屬材料，連續(xù)激光適用于非金屬材料。

2.2激光切割技術(shù)的分類(lèi)

激光切割可分為：激光氣化切割，激光熔化切割，激光氧化切割和激光劃片與控制斷裂四類(lèi)。

（1）激光氣化切割：利用高能量密度的激光束加熱工件，使溫度迅速上升，在非常短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到材料的沸點(diǎn)，材料開(kāi)始?xì)饣?，形成蒸氣。這些蒸氣的噴出速度很大，在蒸氣噴出的同時(shí)，在材料上形成切口。材料的氣化熱很大，所以激光氣化切割時(shí)需要很大的功率和功率密度。激光氣化切割多用于極薄金屬材料和非金屬材料的切割。

（2）激光熔化切割：激光加熱使金屬材料熔化，然后通過(guò)與光束同軸的噴嘴吹非氧化性氣體，依靠氣體的強(qiáng)大壓力使液態(tài)金屬排出，形成切口。激光熔化切割不需要使金屬完全氣化，所需能量只有氣化切割的1/10。激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金屬的切割，如不銹鋼，鈦，鋁及其合金等。

（3）激光氧化切割：原理類(lèi)似于氧-乙炔切割。是用激光作為預(yù)熱熱源，用氧氣等活性氣體作為切割氣體。噴吹出的氣體與切割金屬發(fā)生作用，發(fā)生氧化反應(yīng)，放出大量的氧化熱；另一方面把熔融的氧化物和熔化物從反應(yīng)區(qū)吹出，在金屬中形成切口。由于切割過(guò)程中的氧化反應(yīng)產(chǎn)生了大量的熱，所以激光氧化切割所需要的能量只是熔化切割的1/2，而切割速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激光氣化切割和熔化切割。激光氧化切割主要用于碳鋼，鈦鋼以及熱處理等易氧化的金屬材料。

(4)激光劃片與斷裂控制：激光劃片是利用高能量密度的激光束在脆性材料的表面進(jìn)行掃描，使材料受熱蒸發(fā)出一條小槽，然后施加一定的壓力，脆性材料就會(huì)沿小槽處裂開(kāi)。激光劃片用的激光器一般為Q開(kāi)關(guān)激光器和CO2激光器。斷裂控制是利用激光刻槽時(shí)所產(chǎn)生的陡峭的溫度分布，在脆性材料中產(chǎn)生局部熱應(yīng)力，使材料沿小槽斷開(kāi)。

3.激光切割的工藝特點(diǎn)和應(yīng)用范圍

3.1 激光切割工藝特點(diǎn)

（1）切割質(zhì)量好，精細(xì)

由于激光光斑小，激光切割切口細(xì)窄，切割表面光潔，熱影響區(qū)寬度很小，變形小，切割零件的尺寸精度可達(dá)±0.05mm，表面粗糙度只有幾十微米，甚至激光切割可以作為最后一道工序。

（2）切割效率高

由于激光的傳輸特性，激光切割機(jī)上一般配有數(shù)控工作臺(tái)，整個(gè)切割過(guò)程可全部實(shí)現(xiàn)數(shù)控。操作時(shí)，只需改變數(shù)控程序，就可適用不同形狀零件的切割，既可進(jìn)行二維切割，又可實(shí)現(xiàn)三位切割。材料在激光切割時(shí)不需要裝夾固定，既可節(jié)省工裝夾具，又節(jié)省了上，下料的時(shí)間。

（3）非接觸式切割

激光切割時(shí)割炬與工件無(wú)接觸，不存在工具的磨損。加工不同形狀的零件，不需要更換“刀具”，只需要改變激光器的輸出參數(shù)。激光切割過(guò)程噪聲低，振動(dòng)小，無(wú)污染。

（4）切割材料的種類(lèi)多

激光切割材料包括金屬，非金屬，金屬基和非金屬基復(fù)合材料，皮革，木材及纖維等。對(duì)于不同的材料，由于自身的熱物理性能及對(duì)激光的吸收率不同，表現(xiàn)出不同的激光切割適應(yīng)性。

（5）缺點(diǎn)：激光切割由于受激光器功率和設(shè)備體積的限制，激光切割只能切割中、小厚度的板材和管材，而且隨著工件厚度的增加，切割速度明顯下降。

3.2 激光切割的應(yīng)用

在材料方面受激光器功率和設(shè)備體積的限制，激光切割只能切割中，小厚度的板材和管材，而且隨著工件厚度的增加，切割速度明顯下降。激光切割設(shè)備費(fèi)用高，一次性投資大。大多數(shù)激光切割機(jī)都由數(shù)控程序進(jìn)行控制操作或做成切割機(jī)器人。激光切割作為一種精密的加工方法，幾乎可以切割所有的材料，包括薄金屬板的二維切割或三維切割。

在汽車(chē)制造領(lǐng)域，小汽車(chē)頂窗等空間曲線(xiàn)的切割技術(shù)都已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用。德國(guó)大眾汽車(chē)公司用功率為500W的激光器切割形狀復(fù)雜的車(chē)身薄板及各種曲面件。在航空航天領(lǐng)域，激光切割技術(shù)主要用于特種航空材料的切割，如鈦合金、鋁合金、鎳合金、鉻合金、不銹鋼、氧化鈹、復(fù)合材料、塑料、陶瓷及石英等。用激光切割加工的航空航天零部件有發(fā)動(dòng)機(jī)火焰筒、鈦合金薄壁機(jī)匣、飛機(jī)框架、鈦合金蒙皮、機(jī)翼長(zhǎng)桁、尾翼壁板、直升機(jī)主旋翼、航天飛機(jī)陶瓷隔熱瓦等。

激光切割成形技術(shù)在非金屬材料領(lǐng)域也有著較為廣泛的應(yīng)用。不僅可以切割硬度高、脆性大的材料，如氮化硅、陶瓷、石英等；還能切割加工柔性材料，如布料、紙張、塑料板、橡膠等，如用激光進(jìn)行服裝剪裁，可節(jié)約衣料10%～12%，提高功效3倍以上。

適合采用CO2激光切割的產(chǎn)品大體上可歸納為三類(lèi)：

第一類(lèi)：從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度不宜制造模具的金屬鈑金件，特別是輪廓形狀復(fù)雜，批量不大,一般厚度；12mm的低碳鋼、；6mm厚的不銹鋼，以節(jié)省制造模具的成本與周期。已采用的典型產(chǎn)品有：自動(dòng)電梯結(jié)構(gòu)件、升降電梯面板、機(jī)床及糧食機(jī)械外罩、各種電氣柜、開(kāi)關(guān)柜、紡織機(jī)械零件、工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件、大電機(jī)硅鋼片等。

第二類(lèi)：裝飾、廣告、服務(wù)行業(yè)用的不銹鋼（一般厚度3mm）或非金屬材料（一般厚度20mm）的圖案、標(biāo)記、字體等。如藝術(shù)照相冊(cè)的圖案，公司、單位、賓館、商場(chǎng)的標(biāo)記，車(chē)站、碼頭、公共場(chǎng)所的中英文字體。

第三類(lèi)：要求均勻切縫的特殊零件。最廣泛應(yīng)用的典型零件是包裝印刷行業(yè)用的模切版，它要求在20mm厚的木模板上切出縫寬為0.7~0.8mm的槽，然后在槽中鑲嵌刀片。使用時(shí)裝在模切機(jī)上，切下各種已印刷好圖形的包裝盒。國(guó)內(nèi)近幾年來(lái)應(yīng)用的一個(gè)新領(lǐng)域是石油篩縫管。為了擋住泥沙進(jìn)入抽油泵，在壁厚為6~9mm的合金鋼管上切出0.3mm寬的均勻切縫，起割穿孔處小孔直徑不能大于0.3mm，切割技術(shù)難度大，已有不少單位投入生產(chǎn)。

4.激光切割工藝參數(shù)與質(zhì)量評(píng)定

4.1激光切割工藝參數(shù)

（1）光束橫模

① 基模 又稱(chēng)為高斯模，是切割最理想的模式，主要出現(xiàn)在功率小于1kw的激光器。② 低階模 與基模比較接近，主要出現(xiàn)在1-2kw的中功率激光器。③ 多模 是高階模的混合，出現(xiàn)在功率大與3kw的激光器（2）激光功率

激光切割所需要的激光功率主要取決于切割類(lèi)型以及被切割材料的性質(zhì)。氣化切割所需要的激光功率最大，熔化切割次之，氧氣切割最小。激光功率對(duì)切割厚度、切割速度和切口寬度等有很大影響。一般激光功率增大，所能切割材料的厚度也增加，切割速度加快，切口寬度也有所加大。

（3）焦點(diǎn)位置

離焦量對(duì)切口寬度和切割深度影響較大。一般選擇焦點(diǎn)位于材料表面下方約1/3板厚處，切割深度最大，切口寬度最小。

（4）焦點(diǎn)深度

切割較厚板時(shí)，應(yīng)采用焦點(diǎn)深度大的光束，以獲得垂直度較好的切割面。但焦點(diǎn)深度大，光斑直徑也增大，功率密度隨之減小，使切割速度降低。若要保持一定的切割速度，則需要增大激光的功率；切割薄板宜采用較小的焦點(diǎn)深度，這樣光斑直徑小，功率密度高，切割速度加快。

（5）切割速度

切割速度直接影響切口寬度和切口表面粗糙度。對(duì)于不同材料的板厚，不同的切割氣體壓力，切割速度有一個(gè)最佳值，這個(gè)最佳值約為最大切割速度的80%。

（6）輔助氣體的種類(lèi)和壓力

切割低碳鋼較多采用氧氣作輔助氣體，以利用鐵-氧燃燒反應(yīng)熱促進(jìn)切割過(guò)程，而且切割速度快，切口質(zhì)量好，可以獲得無(wú)掛渣的切口。切割不銹鋼時(shí)，常采用O2+N2混合氣體或雙層氣流，單用氧氣在切口底邊會(huì)發(fā)生掛渣。氣體壓力增大，動(dòng)量增加，排渣能力增強(qiáng)，因此可以使無(wú)掛渣的切割速度增加。

氧氣純度對(duì)切割速度有一定的影響，研究表明，氧氣純度降低2%，切割速度就會(huì)降低50%。

噴嘴形狀也影響激光切割質(zhì)量和效率。不同切割機(jī)采用不同形狀的噴嘴。

4.2激光切割質(zhì)量評(píng)定

與其它常規(guī)加工方法相比，激光切割具有更大的適應(yīng)性。首先，與其他熱切割方法相比，同樣作為熱切割過(guò)程，別的方法不能象激光束那樣作用于一個(gè)極小的區(qū)域，結(jié)果導(dǎo)致切口寬、熱影響區(qū)大和明顯的工件變形。激光能切割非金屬，而其它熱切割方法則不能。一般來(lái)說(shuō)，激光切割質(zhì)量可以由以下6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量。（1）切割表面粗糙度RZ（2）切口掛渣尺寸（3）切邊垂直度和斜度u（4）切割邊緣圓角尺寸r（5）條紋后拖量n（6）平面度F 5.激光切割設(shè)備

激光切割設(shè)備與焊接設(shè)備基本類(lèi)似，區(qū)別是焊接需要使用激光焊槍?zhuān)懈钍褂眉す飧罹?。激光切割大都采用CO2激光切割設(shè)備，主要由激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、數(shù)控運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、割炬及抽煙系統(tǒng)組成。

激光器由激光電源提供高壓電源，產(chǎn)生的激光經(jīng)反射鏡、導(dǎo)光系統(tǒng)把激光導(dǎo)向切割工件所需要的方向；數(shù)控運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)主要用于調(diào)節(jié)割炬的移動(dòng)方向，割炬與工件間的相對(duì)移動(dòng)有三種情況。

① 割炬不動(dòng)，工件通過(guò)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，主要用于尺寸較小的工件。② 工件不動(dòng)割炬移動(dòng) ③ 割炬和工作臺(tái)同時(shí)運(yùn)動(dòng)。

割炬主要包括槍體、聚焦透鏡和輔助氣體噴嘴等零件。激光切割時(shí)，割炬必須滿(mǎn)足下列要求。

④ 能夠噴射出足夠的氣流。

⑤ 割炬內(nèi)氣體的噴射方向必須和反射鏡的光軸同軸。⑥ 割炬的焦距能夠方便調(diào)節(jié)。

⑦ 切割時(shí)，保證金屬蒸汽和切割金屬的飛濺不會(huì)損傷反射鏡。

激光切割時(shí)，要求激光器輸出的光束經(jīng)聚焦后的光斑直徑最小，功率密度最高。噴嘴用于向切割區(qū)噴射輔助氣體，其結(jié)構(gòu)形狀對(duì)切割效率和質(zhì)量有一定影響。噴孔的形狀有圓柱形、錐形、和縮放形等。一般根據(jù)切割工件的材質(zhì)、厚度、輔助氣體壓力等經(jīng)試驗(yàn)后確定。

6.激光切割的應(yīng)用實(shí)例

6.1布料激光切割

制衣行業(yè)中使用的服裝布料激光切割機(jī)打破了傳統(tǒng)手工和電剪速度慢和難以排版,充分解決了效率達(dá)不到和浪費(fèi)材料的難題.速度快，操作簡(jiǎn)單，只需把所要裁剪的圖形及尺寸輸入到電腦，機(jī)械就會(huì)把整張的材料裁剪成您所需要的成品，不用刀具、不需要模具，利用激光實(shí)現(xiàn)非接觸式加工，簡(jiǎn)便快速。布料激光切割機(jī)與傳統(tǒng)的切割方式相比不僅價(jià)格低,消耗低.操作更方便，效果更好，并且因?yàn)榧す饧庸?duì)工件沒(méi)有機(jī)械壓力,所以切割出來(lái)產(chǎn)品的效果,精度以及切割速度都非常良好.并且還具有操作安全,維修簡(jiǎn)單等特點(diǎn).可連續(xù)24小時(shí)工作。

用于皮革、箱包企業(yè)及皮鞋、鞋材生產(chǎn)企業(yè)的激光切割雕刻機(jī), 集切割、雕刻和鏤空于一身，適用各種皮革料的加工：高檔鞋材、皮包、皮衣切割特殊形狀，無(wú)毛邊，尺寸標(biāo)準(zhǔn)，誤差?。ā?.1mm），效果柔軟，無(wú)高周波或刀模切壓的生硬感。另可于皮革上刻畫(huà)特別效果或圖案，使成品更顯精細(xì)及別具創(chuàng)意。

6.2激光切割在飾品中的應(yīng)用

飾品加工是一門(mén)對(duì)比特殊的職業(yè)，由于主要是針對(duì)一些稀有的貴金屬的加工改造，所以對(duì)加工改造的設(shè)備要求十分的高。可是這對(duì)小型激光切開(kāi)機(jī)來(lái)說(shuō)，確是一個(gè)十分好的機(jī)會(huì)，它極好的處理了加工飾品中的一些難題，并且受到了各個(gè)廠(chǎng)家的熱捧。

運(yùn)用小型激光切割機(jī)加工飾品在不需開(kāi)模的情況下，就可以直接加工出想要的商品，并且精度十分的高，加工時(shí)刻只需要短短的幾分鐘就可以。不僅縮短了加工時(shí)刻，還降低了成本。

6.3激光切割在眼鏡行業(yè)中的應(yīng)用

以往眼鏡行業(yè)主要利用模具做鏡框，不同樣式需要做不同模具，所需成本高，效率低。直到激光切割機(jī)投入后，開(kāi)發(fā)新的款式只需在軟件上呈現(xiàn)，速度快、精度大，特別適合小量、多款式的生產(chǎn)模式。甚至可以做到一臺(tái)光纖激光切割機(jī)能夠快速加工出了不同款式的眼框，為個(gè)性定制眼鏡解決后顧之憂(yōu)。

除此之外，激光切割機(jī)能夠在板材上任意的設(shè)計(jì)圖形，速度快，精度高，一次成型，無(wú)需后續(xù)處理，比傳統(tǒng)切割設(shè)備快十幾倍，極大的提高加工效率，可視排料，緊密貼合，節(jié)省材料。先進(jìn)的工藝可提高眼鏡廠(chǎng)家的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度，能夠快速收回設(shè)備投資成本。眼鏡專(zhuān)用激光切割機(jī)能在板材上切割任意的設(shè)計(jì)圖形，速度快，精度高，一次成型，無(wú)需后續(xù)處理，比線(xiàn)切割快十幾倍，極大的提高加工效率，可視排料，緊密貼合，節(jié)省材料。先進(jìn)的工藝可提高貴公司的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度，最快為您收回設(shè)備投資成本。一機(jī)多用，既能滿(mǎn)足客戶(hù)對(duì)平板的切割要求，也能滿(mǎn)足管圓及異形材料（方鋼、扁鐵、槽鋼、方管）的切割。

6.4激光雕刻

使用激光雕刻和切割，過(guò)程非常簡(jiǎn)單，如同使用電腦和打印機(jī)在紙張上打印。您可以在Win98/Win2000/WinXP環(huán)境下利用多種圖形處理軟件，如CorelDraw等進(jìn)行設(shè)計(jì)，掃描的圖形，矢量化的圖文及多種CAD文件都可輕松地“打印”到雕刻機(jī)中。唯一的不同之處是，打印將墨粉涂到紙張上，而激光雕刻是將激光射到木制品、壓克力、塑料板、金屬板、石材等幾乎所有的材料之上。

7.參考文獻(xiàn)

[1] 李亞江，王娟等編著.特種焊接技術(shù)及應(yīng)用.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.[2] 關(guān)橋.高能束流加工技術(shù)—先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的重要方向.航空制造技術(shù)，1995.

第五篇：飛秒激光技術(shù)

飛秒激光技術(shù)

金屬的氧化腐蝕一度是件讓人頭疼的事。如何讓金屬不在歲月中失去光澤？飛秒激光技術(shù)從光學(xué)手段入手，不但讓金屬免遭腐蝕，還能將其變成神奇的超疏水材料。

水是生命之源，哪怕在一些只能算作潮濕的地方，細(xì)菌等微生物都能夠得以生存或成長(zhǎng)；同時(shí)水也是許多化學(xué)反應(yīng)所需的基本條件，比如因水的存在，金屬會(huì)以不被察覺(jué)的速度氧化。

不過(guò)在許多地方，人們并不希望金屬氧化或菌落滋生——比如室外的天線(xiàn)、飛機(jī)的機(jī)翼、煮飯的鍋??人們期待將一些疏水、超疏水材料用在這些地方。

其實(shí)超疏水材料在我們身邊比比皆是：“出淤泥而不染，濯清漣而不妖”的荷花、荷葉就是典型的超疏水材料，許多昆蟲(chóng)的足上也有超疏水材料，比如大名鼎鼎的水黽，它們正是靠著“不沾水的腿”，在水面行走如飛。

在疏水材料家族中，鮮見(jiàn)金屬的身影。不過(guò)，美國(guó)羅切斯特大學(xué)光學(xué)院的物理學(xué)家郭春雷（音譯）與同事最新的研究發(fā)現(xiàn)，利用一項(xiàng)叫作飛秒激光的技術(shù)，他們能夠把金屬變成比荷花還要疏水的“極疏水材料”。疏水效果之強(qiáng)，以至于水滴滴在金屬表面不僅不會(huì)散開(kāi)，甚至?xí)粩鄰椘稹?/p>

飛秒激光讓金屬獲超疏水“技能”

這項(xiàng)聽(tīng)來(lái)讓人難以置信的研究刊發(fā)于美國(guó)物理聯(lián)合會(huì)1月20日出版的《應(yīng)用物理雜志》上。郭春雷研究團(tuán)隊(duì)使用超高能且超短的激光脈沖來(lái)改變金屬的表面，持續(xù)時(shí)間為毫微微秒（即飛秒）量級(jí)。他們用這樣的超短飛秒脈沖轟擊鉑、鈦、銅3種樣品，獲得了上述新型的表面材料。

這種工藝的優(yōu)勢(shì)在于“激光在金屬上創(chuàng)造的結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是材料表面的一部分?！惫豪自诮诘男侣剤?bào)道中說(shuō)，這意味著它們不會(huì)被擦掉，并且正是這些結(jié)構(gòu)使得金屬具有超級(jí)疏水性能。

據(jù)研究人員介紹，超能激光脈沖在金屬表面刻蝕出大量肉眼不及的諸如洼坑、小珠狀和細(xì)紋等“痕跡”，這些痕跡形成了密集分布且高低不平的納米微結(jié)構(gòu)。這種納米微結(jié)構(gòu)從根本上改變了金屬表面的光學(xué)性質(zhì)和潤(rùn)濕性質(zhì)。

特氟龍是一種常規(guī)疏水材料，常作為“不粘鍋”涂層的不二之選。但飛秒激光處理過(guò)的金屬材料遠(yuǎn)比特氟龍光滑。水滴從特氟龍涂層表面滾落，需要在水滴滾落之前將這個(gè)表面傾斜到70度，而經(jīng)飛秒激光轟擊過(guò)的金屬，只需要傾斜不到5度甚至不必傾斜，水滴就能從表面滾落。此外，水滴從超疏水表面反彈的同時(shí)，會(huì)收集并帶走灰塵顆粒。為了測(cè)試材料的自清潔性能，郭春雷團(tuán)隊(duì)將從吸塵器里取出的普通灰塵灑在處理過(guò)的材料表面，只用了3滴水就將約一半的灰塵清除了，使表面一塵不染也只用了十幾滴水，而且表面始終保持干燥。

應(yīng)用前景深遠(yuǎn)而廣泛

金屬的氧化腐蝕一度是件讓人頭疼的事。讓金屬不被腐蝕，不在歲月中失去光澤，是人類(lèi)一直追尋的目標(biāo)。從油漆、合金到納米涂層，人們不斷更新著對(duì)金屬的疏水手段。而今，飛秒激光技術(shù)則從光學(xué)角度入手，不但讓金屬免遭腐蝕，更將之變成神奇的超疏水材料。方法簡(jiǎn)單、有效，有望顛覆未來(lái)疏水材料的生產(chǎn)工藝。

郭春雷認(rèn)為，這種超疏水材料在發(fā)展中國(guó)家有著巨大的應(yīng)用潛力?！霸谶@些區(qū)域，收集雨水是至關(guān)重要的，使用超疏水材料可以提高效率，而且不再需要使用具有尖角的大漏斗來(lái)防止水滯留在表面。”郭春雷說(shuō)，“另一種應(yīng)用是制造使用起來(lái)更加清潔和健康的廁所?！?/p>

在缺水地區(qū)，保持廁所的清潔是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，使用超疏水材料，不必使用水沖刷即可保持廁所清潔。

據(jù)外媒報(bào)道，這種應(yīng)用潛力激起了比爾和梅林達(dá)·蓋茨基金會(huì)的興趣，他們已經(jīng)開(kāi)始支持這項(xiàng)工作。

目前有報(bào)道飛秒激光可以用在聚合物加工、醫(yī)學(xué)成像及外科醫(yī)療上。鐳射視力矯正（LASIK）可以利用飛秒激光制作角膜瓣。飛秒激光矯治近視手術(shù)現(xiàn)已是本世紀(jì)最先進(jìn)的眼科手術(shù)。除此之外，飛秒激光技術(shù)也可被應(yīng)用在固態(tài)物理上，以此分析晶體結(jié)構(gòu)，分析其衍射或者熒光光譜圖。在基礎(chǔ)科學(xué)研究領(lǐng)域，飛秒激光可用于超快現(xiàn)象的研究。

由于超疏水材料能大幅度降低載具在水中甚至空氣中的運(yùn)動(dòng)阻力，該項(xiàng)研究對(duì)設(shè)計(jì)高速水上、水下和空中交通工具也具有重要參考價(jià)值。

尚待攻取的技術(shù)高地

和許多實(shí)驗(yàn)室里聲名卓著的成果一樣，“超疏水金屬表面”潛在應(yīng)用變成現(xiàn)實(shí)之前仍然有很多挑戰(zhàn)。郭春雷指出，目前處理1平方英寸（約合6.45平方厘米，面積相當(dāng)于一張普通撲克牌大?。┑慕饘贅影逍枰?小時(shí)的時(shí)間。在應(yīng)用到發(fā)展中國(guó)家之前，這一生產(chǎn)過(guò)程需要規(guī)模化。研究人員目前也在尋找在其他非金屬材料上使用此項(xiàng)技術(shù)的方法。

此外，郭春雷團(tuán)隊(duì)目前正計(jì)劃集中精力提高用激光蝕刻表面的速度，同時(shí)研究怎樣將這項(xiàng)技術(shù)擴(kuò)展到其他材料，比如半導(dǎo)體或者電介質(zhì)。郭春雷強(qiáng)調(diào)，同一項(xiàng)技術(shù)可以用于制取多功能金屬材料。金屬都是光的優(yōu)秀反射體，這就是它們都有光澤的原因，而把金屬變暗可以使它們高效地吸光。2006年底，郭春雷和他的研究小組曾用激光束處理金屬鋁，在金屬表面創(chuàng)造出能夠吸收幾乎所有光線(xiàn)的納米結(jié)構(gòu)，可讓普通鋁塊變成至今所創(chuàng)造出來(lái)的最暗的材料之一。

而將吸光特性與憎水性相結(jié)合可以得到不銹蝕且不需要太多清理的更高效的太陽(yáng)能收集器。此外，潛在的應(yīng)用還包括更先進(jìn)的隱身技術(shù)。

延伸閱讀

神奇的飛秒激光技術(shù)

飛秒激光是指時(shí)域脈沖寬度在飛秒（10-15秒，相當(dāng)于1秒的一千萬(wàn)億分之一）量級(jí)的激光。據(jù)了解，飛秒激光不是單色光，而是在中心波長(zhǎng)左右的一段波長(zhǎng)連續(xù)變化的光的組合，利用這段范圍內(nèi)連續(xù)波長(zhǎng)光的空間相干來(lái)獲得時(shí)間上的極大壓縮，從而實(shí)現(xiàn)飛秒量級(jí)的脈沖輸出。

如果1飛秒等同1秒，那么原先的1秒就約為3200萬(wàn)年。正因?yàn)檫@種飛秒激光脈沖持續(xù)時(shí)間極短，輸出飛秒脈沖的功率峰值可以達(dá)到與整個(gè)北美電網(wǎng)功率相當(dāng)?shù)乃?。可喜的是，雖然產(chǎn)生的激光強(qiáng)度令人難以置信，但飛秒激光器只須用墻壁上的普通電源插座就能驅(qū)動(dòng)——短脈沖激光器通常利用鎖模技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這意味著一旦此工藝經(jīng)過(guò)改良，操作起來(lái)會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)單。

飛秒激光是人類(lèi)目前在實(shí)驗(yàn)室條件下所能獲得最短脈沖的技術(shù)手段，并已有所應(yīng)用。科學(xué)家預(yù)測(cè)飛秒激光將為下個(gè)世紀(jì)新能源的產(chǎn)生發(fā)揮重要作用。