第一篇：20081182098-激光熔覆技術(shù)的應(yīng)用

激光熔覆技術(shù)在航空領(lǐng)域中的應(yīng)用

激光熔覆技術(shù)可顯著改善金屬表面的耐磨、耐腐、耐熱水平及抗氧化性等。目前有關(guān)激光熔覆的研究主要集中在工藝開發(fā)、熔覆層材料體系、激光熔覆的快速凝固組織及與基體的界面結(jié)合和性能測(cè)試等方面。

航空領(lǐng)域是關(guān)系到國家安全的重要領(lǐng)域，也是國家重點(diǎn)支持的戰(zhàn)略行業(yè)。如何將激光熔覆技術(shù)更好的運(yùn)用于我國的航空制造具有極為重要的戰(zhàn)略意義。航空材料是武器裝備研發(fā)與生產(chǎn)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和科技先導(dǎo)，強(qiáng)化航空材料基體硬度和耐磨性能對(duì)于航空材料的改進(jìn)具有極為重要的意義。如大功率激光器的開發(fā)和應(yīng)用，為航空材料表面改性提供了新的手段，也為材料表面強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)展開辟了一條新的途徑。陶瓷材料具有金屬材料不可比擬的高硬度和高化學(xué)穩(wěn)定性，因此可以針對(duì)零件的不同服役條件，選擇合適的陶瓷材料，利用高能密度激光束加熱溫度高和加熱速度快的特點(diǎn)，在金屬材料（如鈦合金）表面熔覆一層陶瓷涂層，從而將陶瓷材料優(yōu)異的耐磨、耐蝕性能與金屬材料的高塑性、高韌性有機(jī)地結(jié)合起來，可大幅度提高航空零件的使用壽命。

激光熔覆技術(shù)在飛機(jī)零件制造中的應(yīng)用

飛機(jī)機(jī)體和發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金構(gòu)件除了在工作狀態(tài)下承受載荷外，還會(huì)因發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)/停車循環(huán)形成熱疲勞載荷，在交變應(yīng)力和熱疲勞雙重作用下，產(chǎn)生不同程度的裂紋，嚴(yán)重影響機(jī)體或發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，甚至危及飛行安全。因此，需要研究航空鈦合金結(jié)構(gòu)的表面強(qiáng)化方式，發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)，使之得以更廣泛的應(yīng)用。

陶瓷分為氧化物陶瓷和碳化物陶瓷，氧化鋁、氧化鈦、氧化鈷、氧化鉻及其復(fù)合化合物是應(yīng)用廣泛的氧化物陶瓷，也是制備陶瓷涂層的主要材料。碳化物陶瓷難以單獨(dú)制備涂層，一般與具有鈷、鎳基的自熔合金制備成金屬陶瓷，該金屬陶瓷具有很高的硬度和優(yōu)異的高溫性能，可用作耐磨、耐擦傷、耐腐蝕涂層，常用的有碳化鎢、碳化鈦和碳化鉻等[7]。采用激光熔覆制備陶瓷涂層可先在材料表面添加過渡層材料（如NiCr、NiAl、NiCrAl、Mb等），然后用脈沖激光熔覆，使過渡層中的Ni、Cr合金與陶瓷中Al2O3、ZrO2等材料熔覆在基體的表面，形成多孔性，基體中的金屬分子也能擴(kuò)散到陶瓷層中，進(jìn)而改善涂層的結(jié)構(gòu)和性能。將陶瓷涂層激光熔覆用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片是一項(xiàng)很有應(yīng)用價(jià)值的高新技術(shù)，常用的激光熔覆材料見表1。

飛機(jī)制造中較多采用鈦合金，如Ti-6Al-4V鈦合金用于制造高強(qiáng)度/重量比率、耐熱、耐疲勞和耐腐蝕的零部件。但在這些鈦合金的加工制造中，傳統(tǒng)工藝方法有許多難以克服的弱點(diǎn)，如生產(chǎn)隔板是由數(shù)英寸厚和數(shù)十千克重的齒形合金板加工而成的，而獲得這些合金板成品需要一年以上。因?yàn)殡y以加工，加工這種零件需要花費(fèi)加工中心數(shù)百小時(shí)的工作量，磨損大量的刀具。而激光熔覆技術(shù)在這方面具有較大優(yōu)勢(shì)，可以強(qiáng)化鈦合金表面、減少制造時(shí)間。

激光熔覆是現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用潛力最大的表面改性技術(shù)之一，具有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。20世紀(jì)80年代初，英國Rolls·Royce公司采用激光熔覆技術(shù)對(duì)RB211渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)殼體結(jié)合部位進(jìn)行硬面熔覆，取得了良好效果。表2所示是激光熔覆在航空制造中應(yīng)用的幾個(gè)實(shí)例。

近年來，美國AeroMet公司的研發(fā)有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，他們生產(chǎn)的多個(gè)系列Ti-6Al-4V鈦合金激光熔覆成形零件已獲準(zhǔn)在實(shí)際飛行中使用。其中F-22戰(zhàn)機(jī)上的2個(gè)全尺寸接頭滿足疲勞壽命2倍的要求，F(xiàn)/A-18E/F的翼根吊環(huán)滿足疲勞壽命4倍的要求，而升降用的連接桿滿足飛行要求、壽命超出原技術(shù)要求30%[9]。采用激光熔覆技術(shù)表面強(qiáng)化制造的鈦合金零部件不僅性能上超出傳統(tǒng)工藝制造的零件，同時(shí)由于材料及加工的優(yōu)勢(shì)，生產(chǎn)成本降低20%～40%，生產(chǎn)周期也縮短了約80%。激光熔覆在航空零部件修復(fù)中的應(yīng)用

激光熔覆技術(shù)對(duì)飛機(jī)的修復(fù)產(chǎn)生了直接的影響，優(yōu)點(diǎn)包括修復(fù)工藝自動(dòng)化、低的熱應(yīng)力和熱變形等。由于人們期待飛機(jī)壽命不斷延長(zhǎng)，需要更加復(fù)雜的修復(fù)和檢修工藝。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、葉輪和轉(zhuǎn)動(dòng)空氣密封墊等零部件，可以通過表面激光熔覆強(qiáng)化得到修復(fù)。例如，用激光熔覆技術(shù)修復(fù)飛機(jī)零部件中裂紋，一些非穿透性裂紋通常發(fā)生在厚壁零部件中，裂紋深度無法直接測(cè)量，其他修復(fù)技術(shù)無法發(fā)揮作用?？刹捎眉す馊鄹布夹g(shù)，根據(jù)裂紋情況多次打磨、探傷，將裂紋逐步清除，打磨后的溝槽用激光熔覆添加粉末的多層熔覆工藝填平，即可重建損傷結(jié)構(gòu)，恢復(fù)其使用性能[10]。

激光熔覆發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片用到的基體材料和合金粉末見表3。用于熔覆的粉末粒子成球狀，尺寸小于150μm。不同合金粉末的熔覆層要選用不同的工藝參數(shù)，以獲得最佳的熔覆效果。

把受損渦輪葉片頂端修覆到原先的高度。激光熔覆過程中，激光束在葉片頂端形成很淺的熔深，同時(shí)金屬粉末沉積到葉片頂端形成焊道。在計(jì)算機(jī)數(shù)值控制下，焊道層疊使熔覆層增長(zhǎng)。與激光熔覆受損葉片不同的是，手工鎢極氬弧堆焊的葉片堆焊后的葉片必須進(jìn)行額外的后處理。葉片頂端要進(jìn)行精密加工以露出冷卻過程中形成的空隙，而激光熔覆省去了這些加工過程，大大縮減了時(shí)間和成本。

在航空領(lǐng)域，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的備件價(jià)格很高，因此在很多情況下備件維修是比較合算的。但是修復(fù)后零部件的質(zhì)量必須滿足飛行安全要求。例如，航空發(fā)動(dòng)機(jī)螺旋槳葉片表面出現(xiàn)損傷時(shí)，必須通過一些表面處理技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。激光熔覆技術(shù)可以很好的用于飛機(jī)螺旋槳葉片激光三維表面熔覆修復(fù)。

圖1所示的航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片是經(jīng)過激光修復(fù)的。熔覆材料（合金粉末）為Inconel 625（Cr-Ni-Fe 625合金粉末），葉片材料為Inconel 713。通過金相方法檢測(cè)熔覆層的截面可以發(fā)現(xiàn)，激光熔覆后在葉片基體材料和熔覆層之間形成了一個(gè)冶金結(jié)合的熔覆過渡區(qū)[11]。

激光熔覆可以強(qiáng)化材料表面的合金熔覆層、提升合金表面的力學(xué)和化學(xué)性能。堆焊合金粉末是較理想的激光熔覆材料，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。堆焊合金粉末可以在激光束照射下快速地熔化，而后熔覆在航空零部件的表面。這個(gè)過程可以采用預(yù)置涂層法，預(yù)置材料可以是絲材、板材、粉末等，最常用的材料為合金粉末。激光熔覆先將熔覆材料預(yù)置于基體表面的待熔覆部分，然后用激光束掃描熔化熔覆材料和基體表面來實(shí)現(xiàn)表面強(qiáng)化。

熔覆區(qū)在激光束和送粉系統(tǒng)的作用下形成，基體材料和合金粉末決定了表面熔覆層的性質(zhì)。激光直接照射在基體表面形成了一個(gè)熔池，同時(shí)合金粉末被送到熔池表面。氬氣在激光熔覆的過程中也被送入熔池處以防止基體表面發(fā)生氧化。形成的熔池在基體表面，如果合金粉末和基體表面都是固態(tài)，合金粉末粒子接觸到基體表面時(shí)會(huì)被彈出，不會(huì)黏著在基體表面發(fā)生熔覆；如果基體表面是熔池狀態(tài)，合金粉末粒子在接觸到基體表面時(shí)就會(huì)被黏著，同時(shí)在激光束作用下發(fā)生激光熔覆現(xiàn)象，形成熔覆帶。圖2所示是用激光熔覆技術(shù)修復(fù)的渦輪葉片。

激光熔覆層的耐磨性與硬度成正比。熔覆層的硬度、耐磨性、耐腐蝕性和抗疲勞性能一般難以兼顧。通過激光熔覆工藝可以改善基體表層的顯微組織和化學(xué)成分。

激光熔覆工藝與鎢極氬弧焊（TIG）熔覆工藝相比有很大的優(yōu)勢(shì)。激光熔覆層的性質(zhì)取決于熔覆合金元素的比例。為了達(dá)到最好的預(yù)期效果，須盡可能地避免基體材料的稀釋作用，因?yàn)槿鄹矊拥挠捕群突w材料的稀釋成反比。在Inconel 792合金表面，分別采用激光熔覆和鎢極氬弧焊熔覆Rene142合金粉末，顯微硬度的比較如圖3所示。

從圖3中可見，激光熔覆產(chǎn)生的強(qiáng)化表層硬度比鎢極氬弧焊熔覆的表面硬度要高，其原因在于激光熔覆層的高凝固速度以及在溶池中產(chǎn)生的強(qiáng)對(duì)流效應(yīng)。因此，激光熔覆技術(shù)相對(duì)鎢極氬弧焊熔覆在航空領(lǐng)域更具有應(yīng)用價(jià)值。

相關(guān)資料表明，采用激光熔覆技術(shù)修復(fù)后的航空部件強(qiáng)度可達(dá)到原強(qiáng)度的90％以上，更重要的是縮短了修復(fù)時(shí)間，解決了重要裝備連續(xù)可靠運(yùn)行所必須解決的轉(zhuǎn)動(dòng)部件快速搶修難題。

激光熔覆在航空材料表面改性中的應(yīng)用

激光熔覆高硬度、耐磨和耐高溫涂層

為了防止在高速、高溫、高壓和腐蝕環(huán)境下工作的零部件因表面局部損壞而報(bào)廢，提高零部件的使用壽命，世界各國都在致力于研發(fā)各種提高零件表面性能的技術(shù)[12]。傳統(tǒng)的表面改性技術(shù)（如噴涂、噴鍍、堆焊等）由于層間結(jié)合力差和受固態(tài)擴(kuò)散差的限制，應(yīng)用效果并不理想。大功率激光器和寬帶掃描裝置的出現(xiàn)，為材料表面改性提供了一種新的有效手段。激光熔覆是經(jīng)濟(jì)效益高的新型表面改性技術(shù)，它可以在廉價(jià)、低性能基材上制備出高性能的熔覆層，從而降低材料成本，節(jié)約貴重的稀有金屬，提高金屬零件的使用壽命[13]。

現(xiàn)代飛機(jī)制造中大量使用鈦合金和鋁合金，例如美國的第四代戰(zhàn)機(jī)F-22機(jī)體鈦合金的使用量已達(dá)到41%，而美國先進(jìn)的V2500發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金的用量也達(dá)到了30%左右。鈦及鈦合金具有高比強(qiáng)度、優(yōu)良的耐腐蝕、良好的耐高溫性能，可以減輕機(jī)體重量、提高推重比。鈦合金的缺點(diǎn)是硬度低、耐磨性差。純鈦的硬度為150～200HV，鈦合金通常不超過350HV。在很多情況下，由于鈦及鈦合金表面會(huì)生成一層致密的氧化膜從而起到防腐蝕的作用，但是在氧化膜破裂、環(huán)境惡劣或發(fā)生縫隙腐蝕時(shí)，鈦合金的耐腐蝕性能將大大降低。

2000年首飛的美國F-35戰(zhàn)機(jī)上鋁合金總用量在30%以上[14]。但是鋁合金的強(qiáng)度不夠高，使用時(shí)易生產(chǎn)塑性變形，特別是鋁合金表面硬度低、耐磨性很差，在某種程度上制約了它的應(yīng)用。

經(jīng)過激光熔覆的鈦合金表面顯微硬度為800-3000HV。用激光熔覆技術(shù)對(duì)鋁合金表面進(jìn)行表面強(qiáng)化是解決鋁合金表面耐磨性差、易塑性變形等問題的有效方法。與其他表面強(qiáng)化方法相比，該方法強(qiáng)化層與鋁基體之間具有冶金結(jié)合特點(diǎn)，結(jié)合強(qiáng)度高。熔覆層的厚度達(dá)到1～3mm，組織非常細(xì)小，熔覆層的硬度高、耐磨性好，并具有較強(qiáng)的承載能力，從而避免了軟基體與強(qiáng)化層之間應(yīng)變不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生裂紋。另外，在鈦合金、鋁合金表面熔覆高性能的陶瓷涂層，材料的耐磨性、耐高溫性能等可以得到大幅度提高。

激光熔覆獲得熱障涂層

近年來，航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁u輪機(jī)向高流量比、高推重比、高進(jìn)口溫度的方向發(fā)展，燃燒室的燃?xì)鉁囟群腿細(xì)鈮毫Σ粩嗵岣撸畿娪蔑w機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度已達(dá)1800℃，燃燒室溫度達(dá)到2000℃～2200℃，這樣高的溫度已超過現(xiàn)有高溫合金的熔點(diǎn)。除了改進(jìn)冷卻技術(shù)外，在高溫合金熱端部件表面制備熱障涂層（Thermal Bamer Coating，TBCs）也是很有效的手段，它可達(dá)到1700℃或更高的隔熱效果，以滿足高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)降低溫度梯度、熱誘導(dǎo)應(yīng)力和基體材料服役穩(wěn)定性的要求[15-16]。20世紀(jì)70年代陶瓷熱障涂層（TBCs）被成功用于J-75型燃?xì)廨啓C(jī)葉片，世界各國投入巨資對(duì)其從材料到制備工藝展開了深入的研究。

20世紀(jì)80年代以來，在材料表面激光熔覆陶瓷層獲得了致密的柱體晶組織，提高了應(yīng)變?nèi)菹?；致密、均勻的激光重熔組織以及較低的氣孔率可降低粘結(jié)層的氧化率，阻止腐蝕介質(zhì)的滲透?？衫么蠊β始す馄髦苯虞椛涮沾苫蚪饘俜勰瑢⑵淙刍笤诮饘俦砻嫘纬梢苯鸾Y(jié)合，得到垂直于表面的柱狀晶組織。由于熔覆層凝固的次序由表到里，表層組織相對(duì)細(xì)小，這樣的結(jié)構(gòu)有利于緩和熱應(yīng)力，例如用激光熔敷方法得到了8%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯（YPSZ）熱障涂層。也可將混合均勻的粉末置于基體上，利用大功率激光器輻射混合粉末，通過調(diào)節(jié)激光功率、光斑尺寸和掃描速度使粉末熔化良好、形成熔池，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步通過改變成分向熔池中不斷加入合金粉末，重復(fù)上述過程，即可獲得梯度涂層。

關(guān)鍵部件表面通過激光熔覆超耐磨抗蝕合金，可以在零部件表面不變形的情況下提高零部件的使用壽命、縮短制造周期。激光熔覆生產(chǎn)的熱障涂層有良好的隔熱效果，可以滿足高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)降低溫度梯度、熱誘導(dǎo)應(yīng)力和基體材料服役穩(wěn)定的要求。

結(jié)束語

激光熔覆技術(shù)對(duì)航空工業(yè)的發(fā)展有著舉足輕重的作用。激光熔覆技術(shù)可以提高飛機(jī)零部件表面的硬度、耐磨性、耐腐蝕和抗疲勞等性能,提高材料的使用壽命，還可以用于磨損零部件的修復(fù)處理,節(jié)約加工成本。激光溶覆技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī)零部件的制造,可以減少工件制造工序、提高零部件質(zhì)量。隨著當(dāng)今科技的進(jìn)步，飛機(jī)整體性能將進(jìn)一步提高，對(duì)材料的要求也越來越高。激光熔覆技術(shù)的進(jìn)一步完善和發(fā)展對(duì)航空業(yè)的技術(shù)進(jìn)步具有重要的作用，航空材料將隨著激光熔覆技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)嶄新的面貌。

第二篇：激光熔覆技術(shù)分析與展望講解

激光熔覆技術(shù)分析與展望

作者：張慶茂激光熔覆是一種新型的涂層技術(shù)，是涉及到光、機(jī)、電、材料、檢測(cè)與控制等多學(xué)科的高新技術(shù)，是激光先進(jìn)制造技術(shù)最重要的支撐技術(shù)，可以解決傳統(tǒng)制造方法不能完成的難題，是國家重點(diǎn)支持和推動(dòng)的一項(xiàng)高新技術(shù)。目前，激光熔覆技術(shù)已成為新材料制備、金屬零部件快速直接制造、失效金屬零部件綠色再制造的重要手段之一，已廣泛應(yīng)用于航空、石油、汽車、機(jī)械制造、船舶制造、模具制造等行業(yè)。為推動(dòng)激光熔覆技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，作者：張慶茂

激光熔覆是一種新型的涂層技術(shù)，是涉及到光、機(jī)、電、材料、檢測(cè)與控制等多學(xué)科的高新技術(shù)，是激光先進(jìn)制造技術(shù)最重要的支撐技術(shù)，可以解決傳統(tǒng)制造方法不能完成的難題，是國家重點(diǎn)支持和推動(dòng)的一項(xiàng)高新技術(shù)。目前，激光熔覆技術(shù)已成為新材料制備、金屬零部件快速直接制造、失效金屬零部件綠色再制造的重要手段之一，已廣泛應(yīng)用于航空、石油、汽車、機(jī)械制造、船舶制造、模具制造等行業(yè)。

為推動(dòng)激光熔覆技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，世界各國的研究人員針對(duì)激光熔覆涉及到的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，已取得了重大的進(jìn)展。國內(nèi)外有大量的研究和會(huì)議論文、專利介紹激光熔覆技術(shù)及其最新的應(yīng)用：包括激光熔覆設(shè)備、材料、工藝、監(jiān)測(cè)與控制、質(zhì)量檢測(cè)、過程的模擬與仿真等研究?jī)?nèi)容。但到目前為止，激光熔覆技術(shù)還不能大面積工業(yè)化應(yīng)用。分析其原因，這里有政府導(dǎo)向的因素、激光熔覆技術(shù)本身成熟程度的限制、社會(huì)各界對(duì)激光熔覆技術(shù)的認(rèn)可程度等因素。因此，激光熔覆技術(shù)欲實(shí)現(xiàn)全面的工業(yè)化應(yīng)用，必須加大宣傳力度，以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，重點(diǎn)突破制約發(fā)展的關(guān)鍵因素，解決工程應(yīng)用中涉及到的關(guān)鍵技術(shù)，相信在不遠(yuǎn)的將來，激光熔覆技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及其強(qiáng)度將不斷的擴(kuò)大。下面介紹激光熔覆技術(shù)幾個(gè)發(fā)展的動(dòng)態(tài)，以饗讀者。

激光熔覆的優(yōu)勢(shì)

激光束的聚焦功率密度可達(dá)1010~12W/cm2，作用于材料能獲得高達(dá)1012K/s的冷卻速度，這種綜合特性不僅為材料科學(xué)新學(xué)科的生長(zhǎng)提供了強(qiáng)有力的基礎(chǔ)，同時(shí)也為新型材料或新型功能表面的實(shí)現(xiàn)提供了一種前所未有的工具。激光熔覆所創(chuàng)造的熔體在高溫度梯度下遠(yuǎn)離平衡態(tài)的快速冷卻條件，使凝固組織中形成大量過飽和固溶體、介穩(wěn)相甚至新相，已經(jīng)被大量研究所證實(shí)。它提供了制造功能梯度原位自生顆粒增強(qiáng)復(fù)合層全新的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件。同時(shí)激光熔覆技術(shù)制備新材料是極端條件下失效零部件的修復(fù)與再制造、金屬零部件的直接制造的重要基礎(chǔ)，受到世界各國科學(xué)界和企業(yè)的高度重視和多方面的研究。

目前，利用激光熔覆技術(shù)可以制備鐵基、鎳基、鈷基、鋁基、鈦基、鎂基等金屬基復(fù)合材料。從功能上分類：可以制備單一或同時(shí)兼?zhèn)涠喾N功能的涂層如：耐磨損、耐腐蝕、耐高溫等以及特殊的功能性涂層。從構(gòu)成涂層的材料體系看，從二元合金體系發(fā)展到多元體系。多元體系的合金成分設(shè)計(jì)以及多功能性是今后激光熔覆制備新材料的重要發(fā)展方向。

最新的研究表明，在我國工程應(yīng)用中鋼鐵基的金屬材料占主導(dǎo)地位。同時(shí)，金屬材料的失效（諸如腐蝕、磨損、疲勞等）大多發(fā)生零部件的工作表面，需要對(duì)表面進(jìn)行強(qiáng)化。為滿足工件的服役條件而采用大塊的原位自生顆粒增強(qiáng)鋼鐵基復(fù)合材料制造，不僅浪費(fèi)材料，而且成本極高。另一方面，從仿生學(xué)的角度考察天然生物材料，其組成為外密內(nèi)疏，性能為外硬內(nèi)韌，且密—疏、硬—韌從外到內(nèi)是梯度變化的，天然生物材料的特殊結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)良的使用性能。根據(jù)工程上材料特殊的服役條件和性能的要求，迫切需要開發(fā)強(qiáng)韌結(jié)合、性能梯度變化的新型表層金屬基復(fù)合材料。因此，利用激光熔覆的方法制備與基材呈冶金結(jié)合的梯度功能原位自生顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料不僅是工程實(shí)踐的迫切需要，也是激光表面改性技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。激光熔覆技術(shù)制備原位自生顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料、功能梯度材料已有報(bào)道，但大部分停留在組織、性能分析，工藝參數(shù)的控制階段，增強(qiáng)相的尺寸、間距和所占的體積比還不能達(dá)到可控制的水平，梯度功能是通過多層涂覆形成的，不可避免地在層與層之間存在界面弱結(jié)合的問題，距離實(shí)用還有相當(dāng)長(zhǎng)的路。利用激光熔覆技術(shù)制備顆粒大小、數(shù)量、分布可控，強(qiáng)韌性適當(dāng)匹配，集梯度功能和原位自生顆粒增強(qiáng)為一體的金屬基表層復(fù)合材料是今后重要的發(fā)展方向。研究?jī)?nèi)容涉及到：

● 熔覆材料成分、組織、性能設(shè)計(jì)的技術(shù)、手段和原理及其工藝實(shí)現(xiàn)的控制技術(shù)。

● 激光熔覆制備功能梯度原位自生顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料顆粒增強(qiáng)相析出、長(zhǎng)大和強(qiáng)化的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型的建立。

● 顆粒增強(qiáng)相形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能和復(fù)合的仿生設(shè)計(jì)和尺寸、數(shù)量、分布的控制技術(shù)。

● 涂層成分、組織和性能梯度控制的原理、關(guān)鍵因素和工藝方法的研究。

● 宏觀、微觀界面的觀察、分析控制和表征；功能梯度原位自生顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料常規(guī)性能的分析和檢測(cè)以及不同工況下的磨損行為及失效機(jī)制。

這些研究?jī)?nèi)容的突破，有可能解決涂層與基體相容性不匹配，易于產(chǎn)生裂紋的問題，促進(jìn)激光熔覆技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬。

激光復(fù)合熔覆技術(shù)

激光熔覆是由激光作為熱源，在基底上包覆一層性能極為優(yōu)良的合金層，其性能將依照所處理零件的具體要求而定。激光熔覆方法的優(yōu)點(diǎn)是覆層組織細(xì)密、性能優(yōu)異、熱應(yīng)力小、變形小以及無污染等。其缺點(diǎn)也是很明顯的：需要很高功率的激光器、單道搭接掃描不適宜大面積處理，難于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化等。為解決這些難題，采用激光復(fù)合熔覆技術(shù)是有效的途徑之一，也是今后發(fā)展的重要方向。激光復(fù)合熔覆就是采用普通加熱方法，再加上激光復(fù)合加熱來完成熔覆處理工作。普通加熱方法根據(jù)需要可以是電加熱、各類感應(yīng)加熱等。歸納起來，激光復(fù)合熔覆技術(shù)具有如下的特點(diǎn)：

●“常規(guī)（如感應(yīng)）＋激光”二者復(fù)合加熱熔覆是集兩種加熱工藝的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了各自單一方法的不足，充分體現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的特點(diǎn)。

● 用常規(guī)方法輔佐了激光加熱，從而可以實(shí)現(xiàn)用較小功率的激光器完成由原來必需很高功率也不易完成的大面積熔覆，是單一方法無論如何也不易做到的。

● 激光復(fù)合熔覆技術(shù)擴(kuò)大了常規(guī)技術(shù)的新的更廣應(yīng)用，而對(duì)常規(guī)技術(shù)的采納又進(jìn)一步促進(jìn)了激光熔覆技術(shù)的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。

● 激光復(fù)合熔覆技術(shù)特別適用于細(xì)長(zhǎng)桿類，尺寸在一定范圍內(nèi)的軸類等零件，如抽油泵柱塞、某些類型的軋輥及特殊用途的軸等。

新型激光源的熔覆技術(shù)

目前，激光熔覆主要采用的是CO2氣體激光器，用于大型零件的激光熔覆，見圖2和圖3，少部分采用YAG激光器。YAG激光熔覆常采用脈沖激光熔覆。最近的工程應(yīng)用表明，采用YAG激光熔覆在小型零部件方面更有優(yōu)勢(shì)。

發(fā)展的另一個(gè)重要的趨勢(shì)是采用高功率半導(dǎo)體激光器，利用波長(zhǎng)范圍808-965μm的紅光或近紅外激光，較CO2 激光器來看金屬易吸收，可省去前期預(yù)處理，方便易操作。大功率半導(dǎo)體激光熔覆技術(shù)較其他熔覆方法具有顯著的優(yōu)勢(shì)，見表1。同時(shí)，半導(dǎo)體激光可以實(shí)現(xiàn)與同軸送粉一體化控制及應(yīng)用光纖傳輸與擴(kuò)束技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)光聚焦，實(shí)現(xiàn)全封閉傳輸或光纖傳輸，實(shí)現(xiàn)光、機(jī)、電、粉、控一體化高度集成控制；與機(jī)器手（人）結(jié)合，小型化，可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)在線服務(wù)，滿足不同層次的需求。可以預(yù)見，在傳統(tǒng)CO2、YAG激光熔覆技術(shù)之外，新型的大功率半導(dǎo)體激光熔覆設(shè)備與工藝，必將逐步發(fā)展起來并滿足高質(zhì)量表面工程的需要，成為激光表面處理的重要組成部分。

極端條件下的激光熔覆技術(shù)

隨著激光熔覆技術(shù)的成熟與發(fā)展，陸續(xù)成功的應(yīng)用于瓦楞輥的激光熔覆見圖4，缸套火焰環(huán)的激光熔覆直接制造見圖5，發(fā)動(dòng)機(jī)部件修復(fù)見圖6等。實(shí)現(xiàn)了以激光為主要加工手段對(duì)各種金屬部件的幾何缺失，按照原制造標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行幾何尺寸的回復(fù)、性能的提升。隨著科學(xué)技術(shù)和工程技術(shù)的發(fā)展與需要，金屬部件工作的條件愈來愈苛刻，經(jīng)常工作在高交變應(yīng)力、高溫、高速、高腐蝕等極端條件下。因此，制造金屬部件的材料需要同時(shí)具有多種性能才能滿足零件特殊的服役條件。而且這些部件的制造成本、制造周期長(zhǎng)，一旦失效產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失和安全事故。如輪機(jī)裝備中，各類重要的部件如：葉片、轉(zhuǎn)子軸頸、閥桿、葉輪、閥門等；飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)部件等。這些工程上的技術(shù)難題，為激光熔覆技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。因此，如何解決極端條件下失效零部件的修復(fù)問題是十分迫切和復(fù)雜的，需要對(duì)極端條件下，零部件的失效形式分析，剩余壽命進(jìn)行評(píng)估，選擇合適的材料、工藝方法。因此，以極端條件下關(guān)鍵零部件的強(qiáng)化與修復(fù)為切入點(diǎn)，系統(tǒng)研究激光熔覆強(qiáng)化與再制造技術(shù)，通過若干關(guān)鍵技術(shù)的聯(lián)合攻關(guān)，獲得適合于極端條件下，各種零部件強(qiáng)化與修復(fù)的總體技術(shù)。重點(diǎn)需要攻關(guān)的方向：

● 極端條件下，失效零部件修復(fù)（強(qiáng)化）前后，壽命評(píng)估技術(shù)；

● 極端條件下，失效零部件無損傷修復(fù)技術(shù)的研究；

● 極端條件下，失效零部件激光修復(fù)專用合金材料的研究；

● 實(shí)體測(cè)量、三維實(shí)體堆積造型修復(fù)控制系統(tǒng)、修復(fù)過程溫度、幾何尺寸和質(zhì)量智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究；

● 專用的修復(fù)附屬裝備的研究；

● 修復(fù)層性能測(cè)試技術(shù)及其加工技術(shù)的研究。

激光熔覆技術(shù)的展望

激光熔覆技術(shù)是集材料制備和表面構(gòu)型為一體，是綠色再制造技術(shù)的重要支撐技術(shù)之一，符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的高新技術(shù)。我國科學(xué)工作者在基礎(chǔ)理論研究方面處在國際先進(jìn)水平，為激光熔覆技術(shù)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。但另一方面，激光熔覆技術(shù)的應(yīng)用水平和規(guī)模還不能適應(yīng)市場(chǎng)的需求。需要解決工程應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)，研究開發(fā)專用的合金粉末體系，開發(fā)專用的粉末輸送裝置與技術(shù)，系統(tǒng)研究無損傷修復(fù)的工藝方法，建立質(zhì)量保證和評(píng)價(jià)體系，加大力度，培養(yǎng)工程應(yīng)用方面的人才，相信在制造業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的今天，激光熔覆技術(shù)大有可為。

作者簡(jiǎn)介

張慶茂，男，工學(xué)博士，教授，廣東激光加工技術(shù)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合示范基地主任，廣東省光學(xué)學(xué)會(huì)激光加工專業(yè)委員會(huì)秘書長(zhǎng)。

近年來，主持或參與了國家“九五”、廣東、廣州、吉林等省市、企業(yè)多項(xiàng)課題。主要的研究方向：激光加工過程的數(shù)值模擬；激光制備原位析出顆粒增強(qiáng)梯度功能金屬基復(fù)合材料強(qiáng)化、韌化機(jī)理的研究；基于高能激光束的關(guān)鍵金屬零件表面強(qiáng)化、修復(fù)技術(shù)；激光微加工系統(tǒng)集成與工藝技術(shù)的研究；非金屬材料的光束處理技術(shù)。先后在國內(nèi)外期刊和重要的學(xué)術(shù)會(huì)議發(fā)表研究論文近六十余篇。

第三篇：激光熔覆技術(shù)研究的論文

介紹了激光熔覆技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用、設(shè)備及工藝特點(diǎn)，簡(jiǎn)述了激光熔覆技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，指出了激光表面改性技術(shù)存在的問題，展望了激光熔覆技術(shù)的發(fā)展前景。

0引言

激光熔覆技術(shù)是20世紀(jì)70年代隨著大功率激光器的發(fā)展而興起的一種新的表面改性技術(shù)，是指激光表面熔敷技術(shù)是在激光束作用下將合金粉末或陶瓷粉末與基體表面迅速加熱并熔化,光束移開后自激冷卻形成稀釋率極低,與基體材料呈冶金結(jié)合的表面涂層,從而顯著改善基體表面耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性等的一種表面強(qiáng)化方法[1~3]。如對(duì)60#鋼進(jìn)行碳鎢激光熔覆后，硬度最高達(dá)2200HV以上，耐磨損性能為基體60#鋼的20倍左右。在Q235鋼表面激光熔覆CoCrSiB合金后，將其耐磨性與火焰噴涂的耐蝕性進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)前者的耐蝕性明顯高于后者[4]。

激光熔覆技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)效益很高的新技術(shù),它可以在廉價(jià)金屬基材上制備出高性能的合金表面而不影響基體的性質(zhì)，降低成本,節(jié)約貴重稀有金屬材料，因此,世界上各工業(yè)先進(jìn)國家對(duì)激光熔覆技術(shù)的研究及應(yīng)用都非常重視[1-2、5-7]。

1激光熔覆技術(shù)的設(shè)備及工藝特點(diǎn)

目前應(yīng)用于激光熔覆的激光器主要有輸出功率為1~10kW的CO2激光器和500W左右的YAG激光器。對(duì)于連續(xù)CO2激光熔覆,國內(nèi)外學(xué)者已做了大量研究[1]。近年來高功率YAG激光器的研制發(fā)展迅速,主要用于有色合金表面改性。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,采用CO2激光進(jìn)行鋁合金激光熔覆,鋁合金基體在CO2激光輻照條件下容易變形,甚至塌陷[1]。YAG激光器輸出波長(zhǎng)為1.06μm,較CO2激光波長(zhǎng)小1個(gè)數(shù)量級(jí),因而更適合此類金屬的激光熔覆。

同步注粉式激光表面熔覆處理示意圖[8]

激光熔覆按送粉工藝的不同可分為兩類:粉末預(yù)置法和同步送粉法。兩種方法效果相似,同步送粉法具有易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制,激光能量吸收率高,無內(nèi)部氣孔,尤其熔覆金屬陶瓷,可以顯著提高熔覆層的抗開裂性能,使硬質(zhì)陶瓷相可以在熔覆層內(nèi)均勻分布等優(yōu)點(diǎn)。

激光熔覆具有以下特點(diǎn)[2、9]：

(1)冷卻速度快(高達(dá)106K/s),屬于快速凝固過程,容易得到細(xì)晶組織或產(chǎn)生平衡態(tài)所無法得到的新相,如非穩(wěn)相、非晶態(tài)等。

(2)涂層稀釋率低(一般小于5%),與基體呈牢固的冶金結(jié)合或界面擴(kuò)散結(jié)合，通過對(duì)激光工藝參數(shù)的調(diào)整,可以獲得低稀釋率的良好涂層,并且涂層成分和稀釋度可控;

(3)熱輸入和畸變較小,尤其是采用高功率密度快速熔覆時(shí),變形可降低到零件的裝配公差內(nèi)。

(4)粉末選擇幾乎沒有任何限制,特別是在低熔點(diǎn)金屬表面熔敷高熔點(diǎn)合金;

(5)熔覆層的厚度范圍大,單道送粉一次涂覆厚度在0.2~2.0mm,(6)能進(jìn)行選區(qū)熔敷,材料消耗少,具有卓越的性能價(jià)格比;

(7)光束瞄準(zhǔn)可以使難以接近的區(qū)域熔敷;

(8)工藝過程易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

很適合油田常見易損件的磨損修復(fù)。

2激光熔覆技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

激光熔覆技術(shù)是—種涉及光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)、材料、物理、化學(xué)等多門學(xué)科的跨學(xué)科高新技術(shù)。它由上個(gè)世紀(jì)60年代提出,并于1976年誕生了第一項(xiàng)論述高能激光熔覆的專利。進(jìn)入80年代,激光熔覆技術(shù)得到了迅速的發(fā)展,近年來結(jié)合CAD技術(shù)興起的快速原型加工技術(shù),為激光熔覆技術(shù)又添了新的活力。

目前已成功開展了在不銹鋼、模具鋼、可鍛鑄鐵、灰口鑄鐵、銅合金、鈦合金、鋁合金及特殊合金表面鈷基、鎳基、鐵基等自熔合金粉末及陶瓷相的激光熔覆。激光熔覆鐵基合金粉末適用于要求局部耐磨而且容易變形的零件。鎳基合金粉末適用于要求局部耐磨、耐熱腐蝕及抗熱疲勞的構(gòu)件。鈷基合金粉末適用于要求耐磨、耐蝕及抗熱疲勞的零件。陶瓷涂層在高溫下有較高的強(qiáng)度,熱穩(wěn)定性好,化學(xué)穩(wěn)定性高,適用于要求耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化性的零件。在滑動(dòng)磨損、沖擊磨損和磨粒磨損嚴(yán)重的條件下,純的鎳基、鈷基和鐵基合金粉末已經(jīng)滿足不了使用工況的要求,因此在合金表面激光熔覆金屬陶瓷復(fù)合涂層已經(jīng)成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn),目前已經(jīng)進(jìn)行了鋼、鈦合金及鋁合金表面激光熔覆多種陶瓷或金屬陶瓷涂層的研究[1、10]。

3激光熔覆存在的問題

評(píng)價(jià)激光熔覆層質(zhì)量的優(yōu)劣,主要從兩個(gè)方面來考慮。一是宏觀上,考察熔覆道形狀、表面不平度、裂紋、氣孔及稀釋率等;二是微觀上,考察是否形成良好的組織,能否提供所要求的性能。此外,還應(yīng)測(cè)定表面熔覆層化學(xué)元素的種類和分布,注意分析過渡層的情況是否為冶金結(jié)合,必要時(shí)要進(jìn)行質(zhì)量壽命檢測(cè)。

目前研究工作的重點(diǎn)是熔覆設(shè)備的研制與開發(fā)、熔池動(dòng)力學(xué)、合金成分的設(shè)計(jì)、裂紋的形成、擴(kuò)展和控制方法、以及熔覆層與基體之間的結(jié)合力等。

目前激光熔敷技術(shù)進(jìn)一步應(yīng)用面臨的主要問題是:

①激光熔覆技術(shù)在國內(nèi)尚未完全實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的主要原因是熔覆層質(zhì)量的不穩(wěn)定性。激光熔覆過程中,加熱和冷卻的速度極快,最高速度可達(dá)1012℃/s。由于熔覆層和基體材料的溫度梯度和熱膨脹系數(shù)的差異,可能在熔覆層中產(chǎn)生多種缺陷,主要包括氣孔、裂紋、變形和表面不平度[1]。

②光熔敷過程的檢測(cè)和實(shí)施自動(dòng)化控制。

③激光熔覆層的開裂敏感性，仍然是困擾國內(nèi)外研究者的一個(gè)難題，也是工程應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化的障礙[1、11]。目前，雖然已經(jīng)對(duì)裂紋的形成擴(kuò)進(jìn)行了研究[1]，但控制方法方面還不成熟。

4激光熔覆技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展前景展望

進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來,激光熔敷技術(shù)得到了迅速的發(fā)展,目前已成為國內(nèi)外激光表面改性研究的熱點(diǎn)。激光熔敷技術(shù)具有很大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益,廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造與維修、汽車制造、紡織機(jī)械、航海[12]與航天和石油化工等領(lǐng)域。

目前激光熔覆技術(shù)已經(jīng)取得一定的成果,正處于逐步走向工業(yè)化應(yīng)用的起步階段。今后的發(fā)展前景主要有以下幾個(gè)方面:

(1)激光熔覆的基礎(chǔ)理論研究。

(2)熔覆材料的設(shè)計(jì)與開發(fā)。

(3)激光熔覆設(shè)備的改進(jìn)與研制。

(4)理論模型的建立。

(5)激光熔覆的快速成型技術(shù)。

(6)熔覆過程控制的自動(dòng)化。

第四篇：激光切割技術(shù)的原理及應(yīng)用

遼寧科技大學(xué)學(xué)生論文

激光切割技術(shù)的原理及應(yīng)用

1.激光切割技術(shù)簡(jiǎn)介.......................................................................2 1.1激光切割技術(shù)概述................................................................2 1.2激光切割技術(shù)的原理............................................................4 1.3激光切割技術(shù)的發(fā)展歷史....................................................5 2.激光切割的特點(diǎn).............................................................................6 2.1激光切割的總體特點(diǎn)............................................................6 2.2 CO2激光切割技術(shù)的特點(diǎn).....................................................7 2.3半導(dǎo)體激光切割機(jī)................................................................8 2.4光纖激光切割機(jī)....................................................................8 3.激光切割技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展前景.............................................10 3.1激光切割技術(shù)的市場(chǎng)現(xiàn)狀..................................................10 3.2激光切割技術(shù)的應(yīng)用..........................................................12 結(jié)論..................................................................................................13

遼寧科技大學(xué)學(xué)生論文

激光切割技術(shù)的原理及應(yīng)用

材料12A文修曜

摘要

激光加工技術(shù)是一種先進(jìn)制造技術(shù)，而激光切割是激光加工應(yīng)用領(lǐng)域的一部分，激光切割是當(dāng)前世界上先進(jìn)的切割工藝。由于它具備精密制造、柔性切割、異型加工、一次成形、速度快、效率高等優(yōu)點(diǎn)，所以在工業(yè)生產(chǎn)中解決了許多常規(guī)方法無法解決的難題。激光能切割大多數(shù)金屬材料和非金屬材料。

Abstract

The laser processing technology is a kind of advanced manufacturing technology, and laser cutting is part of the laser processing applications, laser cutting is the current advanced cutting technology in the world.Because it has flexible cutting, stone processing, precision manufacturing, a forming, fast speed, higher efficiency, so in industrial production solved many conventional methods cannot solve the problem.Can laser cutting most of the metal materials and nonmetal materials.關(guān)鍵詞：激光切割的原理；激光切割的分類及特點(diǎn)；激光切割技術(shù)的應(yīng)用

1.激光切割技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1激光切割技術(shù)概述

激光切割是激光加工行業(yè)中最重要的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)。它占整個(gè)激光加工業(yè)的70%以上。激光切割與其他切割方法相比，最大區(qū)別是它具有高速、高精度及高適應(yīng)性的特點(diǎn)。同時(shí)還具有割縫細(xì)、熱影響區(qū)小、切割面質(zhì)量好、切割時(shí)無噪聲、切割過程容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)。激光切割板材時(shí)，不需要模具，可以替代 2 遼寧科技大學(xué)學(xué)生論文

一些需要采用復(fù)雜大型模具的沖切加工方法，能大大縮短生產(chǎn)周期和降低成本。因此，目前激光切割已廣泛地應(yīng)用于汽車、機(jī)車車輛制造、航空、化工、輕工、電器與電子、石油和冶金等工業(yè)部門中。

激光切割主要是CO2激光切割,激光切割是用聚焦鏡將CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,并使CO2激光束與材料沿一定軌跡作相對(duì)運(yùn)動(dòng),從而形成一定狀的切縫。激光切割是用聚焦鏡將CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同時(shí)用與激光束同軸的壓縮氣體吹走被熔化的材料，并使激光束與材料沿一定軌跡作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而形成一定形狀的切縫。激光切割技術(shù)廣泛應(yīng)用于金屬和非金屬材料的加工中，可大大減少加工時(shí)間，降低加工成本，提高工件質(zhì)量。

激光束聚焦成很小的光點(diǎn)其最小直徑可小于0.1mm，使焦點(diǎn)處達(dá)到很高的功率密度可超過106W／cm2)。這時(shí)光束輸入（由光能轉(zhuǎn)換）的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過被材料反射、傳導(dǎo)或擴(kuò)散部分，材料很快加熱至汽化濕度，蒸發(fā)形成孔洞。隨著光束與材料相對(duì)線性移動(dòng)，使孔洞連續(xù)形成寬度很窄（如0.1mm左右）的切縫。切邊熱影響很小，基本沒有工件變形。

切割過程中還添加與被切材料相適合的輔助氣體。鋼切割時(shí)得用氧作為輔助氣體與溶融金屬產(chǎn)生放熱化學(xué)反應(yīng)氧化材料，同時(shí)幫助吹走割縫內(nèi)的熔渣。切割聚丙烯一類塑料使用壓縮空氣，棉、紙等易燃材料切割使用惰性氣體。進(jìn)入噴嘴的輔助氣體還能冷卻聚焦透鏡，防止煙塵進(jìn)入透鏡座內(nèi)污染鏡片并導(dǎo)致鏡片過熱。

大多數(shù)有機(jī)與無機(jī)都可以用激光切割。在工業(yè)制造占有分量很重的金屬加工業(yè)，許多金屬材料，不管它具有什么樣的硬度，都可進(jìn)形無變形切割。當(dāng)然，對(duì)高反射率材料，如金、銀、銅和鋁合金，它們也是好的傳熱導(dǎo)體，因此激光切割很困難，甚至不能切割。

激光切割無毛刺，皺折、精度高，優(yōu)于等離子切割。對(duì)許多機(jī)電制造行業(yè)來說，由于微機(jī)程序的現(xiàn)代化激光切割系統(tǒng)能方便切割不同形狀與尺寸的工件，它往往比沖切、模壓工藝更被優(yōu)先選用；盡管它加工速度慢于模沖，但它沒有模具消耗，無需修理模具，還節(jié)約更換模具時(shí)間，從而節(jié)省加工費(fèi)用，降低產(chǎn)品成本，所以從總體上講在經(jīng)濟(jì)上更為合算。

另一方面，從如何使模具適應(yīng)工件設(shè)計(jì)尺寸和形狀變化角度看，激光切割也 3 遼寧科技大學(xué)學(xué)生論文

可發(fā)揮其精確、重現(xiàn)性好的優(yōu)勢(shì)。作為層疊模具的優(yōu)先制造手段，由于不需要高級(jí)模具制作工，激光切割運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用也并不昂貴，因此還能顯著地降低模具制造費(fèi)用。激光切割模具還帶來的附加好處是模具切邊會(huì)產(chǎn)生一個(gè)淺硬化層，提高模具運(yùn)行中的耐磨性。激光切割的無接觸特點(diǎn)給圓鋸片切割成形帶來無應(yīng)力優(yōu)勢(shì)，由此提高了使用壽命。

1.2激光切割技術(shù)的原理

在激光束能量作用下（氧助切割機(jī)制下，還要加上噴氧氣與到達(dá)燃點(diǎn)的金屬發(fā)生放熱反應(yīng)放出的熱量），材料表面被迅速（ms范圍）加熱到幾千乃至上萬度（℃）而熔化或汽化，隨著汽化物逸出和熔融物體被輔助高壓氣體（氧氣或氮?dú)獾榷栊詺怏w）吹走，切縫便產(chǎn)生了。脈沖激光適用于金屬材料,連續(xù)激光適用于非金屬材料,后者是激光切割技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。

激光切割是利用高功率密度的激光束掃描過材料表面，在極短時(shí)間內(nèi)將材料加熱到幾千至上萬攝氏度，使材料熔化或氣化，再用高壓氣體將熔化或氣化物質(zhì)從切縫中吹走，達(dá)到切割材料的目的。

該技術(shù)采用激光束照射到鋼板表面時(shí)釋放的能量來使不銹鋼熔化并蒸發(fā)。激光源一般用二氧化碳激光束，工作功率為500～2500瓦。該功率的水平比許多家用電暖氣所需要的功率還低，但是，通過透鏡和反射鏡，激光束聚集在很小的區(qū)域。能量的高度集中能夠進(jìn)行迅速局部加熱，使不銹鋼蒸發(fā)。此外，由于能量非常集中，所以，僅有少量熱傳到鋼材的其它部分，所造成的變形很小或沒有變形。利用激光可以非常準(zhǔn)確地切割復(fù)雜形狀的坯料，所切割的坯料不必再作進(jìn)一步的處理。

激光切割是用聚焦鏡將CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同時(shí)用與激光束同軸的壓縮氣體吹走被熔化的材料，并使激光束與材料沿一定軌跡作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而形成一定形狀的切縫。從二十世紀(jì)七十年代以來隨著CO2激光器及數(shù)控技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，目前已成為工業(yè)上板材切割的一種先進(jìn)的加工方法。在五、六十年代作為板材下料切割的主要方法中：對(duì)于中厚板采用氧乙炔火焰切割；對(duì)于薄板采用剪床下料，成形復(fù)雜零件大批量的采用沖壓，單件的采用振動(dòng)剪。七十年代后，為了改善和提高火焰切割的切口質(zhì)量，又推廣了氧乙烷精 遼寧科技大學(xué)學(xué)生論文

密火焰切割和等離子切割。為了減少大型沖壓模具的制造周期，又發(fā)展了數(shù)控步?jīng)_與電加工技術(shù)。各種切割下料方法都有其有缺點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中有一定的適用范圍。

1.3激光切割技術(shù)的發(fā)展歷史

激光切割是激光加工行業(yè)中最量要的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù),由于具有諸多特點(diǎn),已廣泛地應(yīng)用于汽車、機(jī)車車輛制造、航空、化工、輕工、電器與電子、石油和冶金等工業(yè)部門。近年來，激光切割技術(shù)發(fā)展很快，國際上每年都以20％～30％的速度增長(zhǎng)。我國自1985年以來，更以每年25％以上的速度增長(zhǎng)。由于我國激光工業(yè)基礎(chǔ)較差，激光加工技術(shù)的應(yīng)用尚不普遍，激光加工整體水平與先進(jìn)國家相比仍有較大差距，相信隨著激光加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，這些障礙和不足會(huì)得到解決。激光切割技術(shù)必將成為21世紀(jì)不可缺少的重要的鈑金加工手段。激光切割加工廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)，加上現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得國內(nèi)外科技工作者對(duì)激光切割加工技術(shù)進(jìn)行不斷探入的研究，推動(dòng)著激光切割技術(shù)不斷創(chuàng)新，激光切割技術(shù)的發(fā)展方向如下：

(1)伴隨著激光器向大功率發(fā)展以及采用高性能的CNC及伺服系統(tǒng),使用高功率的激光切割可獲得高的加工速度,同時(shí)減小熱影響區(qū)和熱畸變;所能夠切割的材料板厚也格進(jìn)一步地提高，高功率激光可以通過使用Q 開關(guān)或加載脈沖波，從而使低功率激光器產(chǎn)生出高功率激光。

(2)根據(jù)激光切割工藝參數(shù)的影響情況，改進(jìn)加工工藝，如：增加輔助氣體對(duì)切割熔渣的吹力；加入造渣劑提高熔體的流動(dòng)性；增加輔助能源，并改善能量之間的耦合；以及改用吸收率更高的激光切割。

(3)激光切割將向高度自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。將CAD/CAPP/CAM[4]以及人工智能運(yùn)用于激光切割，研制出高度自動(dòng)化的多功能激光加工系統(tǒng)。

(4)根據(jù)加工速度自適應(yīng)地控制激光功率和激光模式或建立工藝數(shù)據(jù)庫和專家自適應(yīng)控制系統(tǒng)使得激光切割整機(jī)性能普遍提高。以數(shù)據(jù)庫為系統(tǒng)核心，面向通用化CAPP開發(fā)工具，對(duì)激光切割工藝設(shè)計(jì)所涉及的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立相適應(yīng)的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。

(5)向多功能的激光加工中心發(fā)展，將激光切割、激光焊接以及熱處理等各 遼寧科技大學(xué)學(xué)生論文

道工序后的質(zhì)量反饋集成在一起，充分發(fā)揮激光加工的整體優(yōu)勢(shì)。

(6)隨著Internet和WEB技術(shù)的發(fā)展，建立基于WEB的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，采用模糊推理機(jī)制和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來自動(dòng)確定激光切割工藝參數(shù)，并且能夠遠(yuǎn)程異地訪問和控別激光切割過程成了不可避免的趨勢(shì)。

(7)三維高精度大型數(shù)控激光切割機(jī)及其切割工藝技術(shù)，為了滿足汽車和航空等工業(yè)的立體工件切割的需要，三維激光切割機(jī)正向高效率、高精度、多功能和高適應(yīng)性方向民展，激光切割機(jī)器人的應(yīng)用范圍將會(huì)愈來愈大。激光切割正向著激光切割單元FMC、無人化和自動(dòng)化方向發(fā)展。

2.激光切割的特點(diǎn)

2.1激光切割的總體特點(diǎn)

激光加工作為一種全新的加工方法，以其加工精確、快捷、操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，在皮革、紡織服裝行業(yè)內(nèi)逐漸得到廣泛的應(yīng)用。鐳射激光切割機(jī)與傳統(tǒng)的切割方式相比不僅價(jià)格低,消耗低.并且因?yàn)榧す饧庸?duì)工件沒有機(jī)械壓力,所以切割出來產(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。用鐳射激光機(jī)切割出來的無塵布無紡布邊不發(fā)黃,自動(dòng)收邊不散邊,不變形，不會(huì)發(fā)硬,尺寸一致且精確；可切割任意復(fù)雜形狀；效率高、成本低，電腦設(shè)計(jì)圖形,可切割任意形狀任各種大小的花邊。開發(fā)速度快：由于激光和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，用戶只要在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)，即可實(shí)現(xiàn)激光雕刻輸出并且可隨時(shí)變換雕刻,可邊設(shè)計(jì)邊出產(chǎn)品。

激光切割是用聚焦鏡將激光束聚焦在材料表面，使材料熔化,同時(shí)用與激光束同軸的壓縮氣體吹走被熔化的材料,并使激光束與材料沿一定軌跡作相對(duì)運(yùn)動(dòng),從而形成一定外形的切縫。

1．精度高：定位精度0.05mm，重復(fù)定位精度0.02 mm 2．切縫窄：激光束聚焦成很小的光點(diǎn)，使焦點(diǎn)處達(dá)到很高的功率密度，材料很快加熱至氣化程度，蒸發(fā)形成孔洞。隨著光束與材料相對(duì)線性移動(dòng)，使孔洞連續(xù)形成寬度很窄的切縫。切口寬度一般為0.10～0.20mm。

3．切割面光滑：切割面無毛刺，切口表面粗糙度一般控制在Ra12.5以內(nèi)。遼寧科技大學(xué)學(xué)生論文

4．速度快：切割速度可達(dá)50m/min，最大定位速度可達(dá)70m/min，比線切割的速度快很多。

5．切割質(zhì)量好：無接觸切割，切邊受熱影響很小，基本沒有工件熱變形，完全避免材料沖剪時(shí)形成的塌邊，切縫一般不需要二次加工。

6．不損傷工件：激光切割頭不會(huì)與材料表面相接觸，保證不劃傷工件。7．不受被切材料的硬度影響：激光可以對(duì)布料，橡皮等柔軟材質(zhì)進(jìn)行加工，不管什么樣的硬度，都可以進(jìn)行無變形切割。

8．不受工件外形的影響：激光加工柔性好，可以加工任意圖形，可以切割管材及其它異型材。

9．可以對(duì)非金屬進(jìn)行切割加工：如塑料、木材、PVC、皮革、紡織品、有機(jī)玻璃等。

10．節(jié)約模具投資：激光加工不需模具，沒有模具消耗，無須修理模具，節(jié)約更換模具時(shí)間，從而節(jié)省了加工費(fèi)用，降低了生產(chǎn)成本，尤其適合大件產(chǎn)品的加工。

2.2 CO2激光切割技術(shù)的特點(diǎn)

1.切割質(zhì)量好

切口寬度窄（一般為0.1--0.5mm）、精度高（一般孔中心距誤差0.1--0.4mm，輪廓尺寸誤差0.1--0.5mm）、切口表面粗糙度好（一般Ra為12.5--25μm），切縫一般不需要再加工即可焊接。2.切割速度快

例如采用2KW激光功率，8mm厚的碳鋼切割速度為1.6m/min；2mm厚的不銹鋼切割速度為3.5m/min，熱影響區(qū)小，變形極小。3.清潔、安全、無污染

大大改善了操作人員的工作環(huán)境。當(dāng)然就精度和切口表面粗糙度而言，CO2激光切割不可能超過電加工；就切割厚度而言難以達(dá)到火焰和等離子切割的水平。但是就以上顯著的優(yōu)點(diǎn)足以證明：CO2激光切割已經(jīng)和正在取代一部分傳統(tǒng)的切割工藝方法，特別是各種非金屬材料的切割。它是發(fā)展迅速，應(yīng)用日益廣泛的一種先進(jìn)加工方法。

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2.3半導(dǎo)體激光切割機(jī)

1簡(jiǎn)介

半導(dǎo)體激光切割機(jī)采用半導(dǎo)體泵浦激光器，半導(dǎo)體泵浦激光器是近年來國際上發(fā)展最快，應(yīng)用較廣的新型激光器。該類型的激光器利用輸出固定波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器代替了傳統(tǒng)的氪燈或氙燈來對(duì)激光晶體進(jìn)行泵浦，從而取得了嶄新的發(fā)展，被稱為第二代的激光器。這是一種高效率、長(zhǎng)壽命、光束質(zhì)量高、穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)緊湊小型化的第二代新型固體激光器，目前在空間通訊，光纖通信，大氣研究，環(huán)境科學(xué)，醫(yī)療器械，光學(xué)圖象處理，激光打印機(jī)等高科技領(lǐng)域有著獨(dú)具特色的應(yīng)用前景。

2特點(diǎn)

1、采用半導(dǎo)體泵浦源和德國高速標(biāo)記振鏡頭，光電轉(zhuǎn)化效率高、光束質(zhì)量好。

2、采用全數(shù)字化激光標(biāo)記和獨(dú)特的激光選模及深雕技術(shù)，確保了設(shè)備具有極高的穩(wěn)定性、精確性和友好的操作性。并可選配自動(dòng)測(cè)焦和調(diào)焦系統(tǒng)，滿足精確切割和多樣化打標(biāo)需求。

3、周到的防護(hù)設(shè)計(jì)：缺水保護(hù)，激光諧振腔光路和激光腔腔體雙重密封，防潮裝置，防長(zhǎng)出光裝置。

4、多樣的外圍裝置設(shè)計(jì)：自動(dòng)上、下料系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)標(biāo)記轉(zhuǎn)臺(tái)，排風(fēng)除塵系統(tǒng)，激光防護(hù)罩及燈光警示裝置。

5、光路預(yù)覽功能，焦點(diǎn)指示功能：在激光的光軸上疊加了可見紅光，用于指示激光束的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)打標(biāo)范圍的預(yù)覽。增加了指示對(duì)焦紅光，直觀方便的實(shí)現(xiàn)了對(duì)焦功能。

半導(dǎo)體激光切割機(jī)GDBEC-130250，選用進(jìn)口半導(dǎo)體泵浦源和德國高速標(biāo)記振鏡頭，光電轉(zhuǎn)化效率高，光束質(zhì)量好，可在金屬、非金屬等各類固性材料上進(jìn)行精確、快速的打標(biāo)和劃線，并可根據(jù)加工材料厚度，調(diào)整激光焦距，確保加工的最佳效果。適用于各類普通金屬及合金（鐵、銅、鋁、鎂、鋅等所有金屬）、稀有金屬及合金（金、銀、鈦）、金屬氧化物、ABS料（電器用品外殼、日用品）、油墨（透光按鍵、印刷制品），環(huán)氧樹脂（電子元件的封裝、絕緣層）等材料。

2.4光纖激光切割機(jī)

1簡(jiǎn)介 遼寧科技大學(xué)學(xué)生論文

光纖激光切割機(jī)是利用光纖激光發(fā)生器作為光源的激光切割機(jī)。光纖激光器是國際上新發(fā)展的一種新型光纖激光器輸出高能量密度的激光束，并聚集在工件表面上，使工件上被超細(xì)焦點(diǎn)光斑照射的區(qū)域瞬間熔化和氣化，通過數(shù)控機(jī)械系統(tǒng)移動(dòng)光斑照射位置而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切割。同體積龐大的氣體激光器和固體激光器相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)，已逐漸發(fā)展成為高精度激光加工、激光雷達(dá)系統(tǒng)、空間技術(shù)、激光醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中的重要候選者。

光纖激光切割機(jī)它既可做平面切割,也可做斜角切割加工,且邊緣整齊、平滑,適用于金屬板等高精度的切割加工，同時(shí)加上機(jī)械臂可以進(jìn)行三維切割代替原本進(jìn)口的五軸激光。比起普通二氧化碳激光切割機(jī)更節(jié)省空間和氣體消耗量，光電轉(zhuǎn)化率高，是節(jié)能環(huán)保的新產(chǎn)品，也是世界上領(lǐng)先技術(shù)產(chǎn)品之一。2光纖激光切割機(jī)較CO2激光切割機(jī)的優(yōu)勢(shì)：

1）卓越的光束質(zhì)量：聚焦光斑更小，切割線條更精細(xì)，工作效率更高，加工質(zhì)量更好；

2）極高的切割速度：是同等功率CO2激光切割機(jī)的2倍；

3）極高的穩(wěn)定性：采用世界頂級(jí)的進(jìn)口光纖激光器，性能穩(wěn)定，關(guān)鍵部件使用壽命可達(dá)10萬小時(shí)；

4）極高的電光轉(zhuǎn)換效率：光纖激光切割機(jī)光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)30%左右，是CO2激光切割機(jī)高3倍，節(jié)能環(huán)保；

5）極低的使用成本：整機(jī)耗電量?jī)H為同類CO2激光切割機(jī)的20-30%； 6）極低的維護(hù)成本：無激光器工作氣體；光纖傳輸，無需反射鏡片；可節(jié)約大量維護(hù)成本；

7）產(chǎn)品操作維護(hù)方便：光纖傳輸，無需調(diào)整光路；

8）超強(qiáng)的柔性導(dǎo)光效果：體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，易于柔性加工要求。

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當(dāng)然了，與二氧化碳激光切割機(jī)相比，光纖的切割范圍相對(duì)狹窄。因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)的原因，其只能切金屬材料，對(duì)非金屬不容易被其吸收，從而影響其切割范圍。3與YAG激光切割機(jī)相比的優(yōu)勢(shì)：

1）切割速度：光纖激光切割機(jī)的速度是YAG的4-5倍，適用于大量加工與生產(chǎn)

2）使用成本：光纖激光切割機(jī)的使用成本比YAG固體激光切割更少 3）光電轉(zhuǎn)換效率：光纖激光切割機(jī)的光電轉(zhuǎn)換效率是YAG的10倍左右 相應(yīng)的光纖激光器的價(jià)格較高，所以光纖激光切割機(jī)價(jià)高比之YAG激光切割機(jī)要高出不少，但比二氧化碳激光切割機(jī)要低很多。但其性比價(jià)確實(shí)三者中最高的。

3.激光切割技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展前景

激光切割的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛, 比如汽車行業(yè)、計(jì)算機(jī)、電氣機(jī)殼、各種金屬零件和特殊材料的切割、圓形鋸片、壓克力、彈簧墊片、2mm以下的電子機(jī)件用銅板、一些金屬網(wǎng)板、鋼管、鍍錫鐵板、鍍亞鉛鋼板、磷青銅、電木板、薄鋁合金、石英玻璃、硅橡膠、1mm以下氧化鋁陶瓷片、航天工業(yè)使用的欽合金等等。近年來, 激光切割的新應(yīng)用層出不窮, 令人耳目一新。

3.1激光切割技術(shù)的市場(chǎng)現(xiàn)狀

我國激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，雖然是一個(gè)初步發(fā)展，但在國際科技帶領(lǐng)下已經(jīng)完成了飛躍的發(fā)展，并且比同等質(zhì)量有一個(gè)高階段的突出。以激光切割機(jī)來講，市場(chǎng)的需求高達(dá)千萬，為廣闊的市場(chǎng)添加了新的生機(jī)。自從60年代第一臺(tái)激光設(shè)備的誕生和應(yīng)用開始，我國就有多位專家在激光行業(yè)付出了努力，并達(dá)到了國際一個(gè)微小的差值。在激光行業(yè)的發(fā)展同時(shí)，激光成套工業(yè)設(shè)備也進(jìn)入了生產(chǎn)的市場(chǎng)，擺脫了長(zhǎng)期依靠國外的局面，解決了國內(nèi)激光行業(yè)的尷尬局面。

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國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，成為激光市場(chǎng)的高產(chǎn)業(yè)支柱，并且可以達(dá)到每年20%以上的增長(zhǎng)速，成為全球激光市場(chǎng)的一個(gè)新起點(diǎn)，根據(jù)專家預(yù)測(cè)，國內(nèi)的激光市場(chǎng)仍處于高速的增長(zhǎng)階段，在未來可以在進(jìn)行翻倍的增加，來最大的擴(kuò)充激光切割設(shè)備的市場(chǎng)，填補(bǔ)國內(nèi)空白，將國內(nèi)高端激光設(shè)備擺脫受困的狀態(tài)，成為國際上的頂梁柱。目前國內(nèi)的激光產(chǎn)業(yè)主要在深圳、武漢兩地聚集，其中深圳是國內(nèi)的重要銷售市場(chǎng)，并且以多年的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，領(lǐng)先了其他區(qū)域。

激光切割指采用激光發(fā)射性光束在產(chǎn)品上面打孔，根據(jù)水平移動(dòng)來對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的縫隙稱為激光切割，激光可以在多產(chǎn)品材料上面切割，如亞克力、刀模板、布料、皮革等行業(yè)都能運(yùn)用激光進(jìn)行切割，因此激光切割是一種在多行業(yè)切割的新型方案。對(duì)于這樣一種新型的切割方法，相對(duì)于傳統(tǒng)切割有著什么樣的優(yōu)勢(shì)呢，下面光博士帶您分析下。

激光是利用物質(zhì)激發(fā)產(chǎn)生光，這種光帶有強(qiáng)烈的溫度，在接觸材料時(shí)候，能夠迅速的在材料表面融化，形成打孔，根據(jù)對(duì)位對(duì)點(diǎn)的移動(dòng)形成了切割，因此這樣的一種切割方法相對(duì)于傳統(tǒng)的切割方法，縫隙更小，更能夠省去大部分材料，然而根據(jù)切割效果來定義分析，根據(jù)激光進(jìn)行切割的材料，其切割效果能夠滿意，精準(zhǔn)度又高，這是繼承了激光的優(yōu)勢(shì)，也是普通切割方式不能夠媲美的。

相對(duì)于傳統(tǒng)切割方式中，激光切割更易懂、易學(xué)、在商家需求的加工效果，速度方面都有著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，因此相信在未來的切割方式選擇中，激光切割機(jī)將是大眾的需求。

激光切割加工是指采用激光設(shè)備來給產(chǎn)品進(jìn)行加工，這種模式是針對(duì)那種初入激光行業(yè)，并且小型的加工戶，然而這種模式在現(xiàn)今的社會(huì)都不提倡了，因?yàn)榧す庠O(shè)備的價(jià)格不再是那種高高在上的設(shè)備了，完美的技術(shù)發(fā)展，優(yōu)良的加工精細(xì)，使得現(xiàn)今的激光設(shè)備不再是那樣的昂貴，因?yàn)樗鼈兊脑O(shè)備有針對(duì)行業(yè)性的，這樣能夠省去了以往那種高貴的大功率設(shè)備加工，現(xiàn)今的小功率設(shè)備也能進(jìn)行加工了，這讓這些想購買激光切割機(jī)的加工不在需要借用他人的設(shè)備進(jìn)行加工了，激光切割加工模式逐漸被取代了，這是必然性。

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下面分析下激光切割市場(chǎng)以及加工效果，在激光切割市場(chǎng)，凡事了解一點(diǎn)的都清楚，激光切割能夠加工多行業(yè)，然而需要購買加工多行業(yè)的設(shè)備，價(jià)格是不菲的，然而如果購買的是單行業(yè)，如刀模激光切割機(jī)、皮革激光切割機(jī)等，這些針對(duì)行業(yè)的設(shè)備，價(jià)格就不是那樣昂貴了，這就是未來的市場(chǎng)，在其加工效果方面，單行業(yè)的加工效果，肯定針對(duì)單行業(yè)其功能是最好的，能夠滿足此行業(yè)的要求，這些在這些行業(yè)設(shè)備介紹中，光博士有提到，因此在如果想采用激光切割加工的商戶們，不妨去嘗試著使用激光切割設(shè)備直接自己購買進(jìn)行加工，這樣能夠幫助你實(shí)現(xiàn)以及解決很多的問題！

3.2激光切割技術(shù)的應(yīng)用

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。

在汽車制造領(lǐng)域，小汽車頂窗等空間曲線的切割技術(shù)都已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用。德國大眾汽車公司用功率為500W的激光器切割形狀復(fù)雜的車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。

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。遼寧科技大學(xué)學(xué)生論文

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，車站、碼頭、公共場(chǎng)所的中英文字體。

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。國內(nèi)近幾年來應(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)。

國外除上述應(yīng)用外，還在不斷擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域。

⑴采用三維激光切割系統(tǒng)或配置工業(yè)機(jī)器人，切割空間曲線，開發(fā)各種三維切割軟件，以加快從畫圖到切割零件的過程。

⑵為了提高生產(chǎn)效率，研究開發(fā)各種專用切割系統(tǒng)，材料輸送系統(tǒng)，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等，如今切割系統(tǒng)的切割速度已超過100m/min。

⑶為擴(kuò)展工程機(jī)械、造船工業(yè)等的應(yīng)用，切割低碳鋼厚度已超過30mm，并特別注意研究用氮?dú)馇懈畹吞间摰墓に嚰夹g(shù)，以提高切割厚板的切口質(zhì)量。因此在中國擴(kuò)大CO2激光切割的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，解決新的應(yīng)用中一些技術(shù)難題仍然是工程技術(shù)人員的重要課題。

結(jié)論

激光從提出到變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的發(fā)展史用了幾十年，從初生到今天無處不再又是幾十年，激光及應(yīng)用實(shí)際上是隨著社會(huì)需求的進(jìn)步而得以發(fā)展。激光的出現(xiàn)和發(fā)展又帶動(dòng)了光學(xué)，實(shí)驗(yàn)等學(xué)科的發(fā)展。從社會(huì)角度看，激光的產(chǎn)生改變了人們的生活，使之更加方便快捷。隨著科技的發(fā)展，激光技術(shù)必將得到更加廣泛的應(yīng)用于我們世界的各個(gè)方面，使人類的科技不斷進(jìn)步。我也堅(jiān)信，我國的激光技術(shù)也將會(huì)達(dá)到世界領(lǐng)先的水平，為我國各行各業(yè)的發(fā)展提供有利的條件！

參考文獻(xiàn)

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第五篇：水下激光焊接技術(shù)的應(yīng)用

水下激光焊接技術(shù)的應(yīng)用

海洋工程結(jié)構(gòu)因常年在海上工作，其工作環(huán)境極為惡劣，除受到結(jié)構(gòu)的工作載荷外，還要承受風(fēng)暴、波浪、潮流引起的附加載荷以及海水腐蝕、砂流的磨蝕、地震或寒冷地區(qū)冰流的侵襲。此外，石油天然氣的易燃易爆性對(duì)結(jié)構(gòu)也存在威脅。而且海洋結(jié)構(gòu)的主要部分在水下，服役后焊接接頭的檢查和修補(bǔ)很困難，費(fèi)用也高，一旦發(fā)生重大結(jié)構(gòu)損傷或傾覆事故，將造成生命財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。所以對(duì)海洋工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)制造、材料選擇以及焊接施工等都有嚴(yán)格的質(zhì)量要求。而隨著海洋石油和天然氣工業(yè)的發(fā)展,海洋管道工程日益向深海挺進(jìn),我國作為一個(gè)發(fā)展中的沿海大國,國民經(jīng)濟(jì)要持續(xù)發(fā)展,就必須把海洋的開發(fā)和保護(hù)作為一項(xiàng)長(zhǎng)期的戰(zhàn)略任務(wù)。大量的海底管道施工工程對(duì)水下焊接技術(shù)提出了新的要求。

水下焊接由于水的存在，使焊接過程變得更加復(fù)雜，并且會(huì)出現(xiàn)各種各樣陸地焊接所未遇到的問題，目前，世界各國正在應(yīng)用和研究的水下焊接方法種類繁多，應(yīng)用較成熟的是電弧焊。隨著水下焊接技術(shù)的發(fā)展，除了常用的濕法水下焊接、局部干法水下焊接和干法水下焊接以外，又出現(xiàn)了一些新的水下焊接方法。但是，從各國海洋開發(fā)的前景來看，水下焊接的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展的需要。因此，加強(qiáng)這方面的研究，無論是對(duì)現(xiàn)在或?qū)?，都將是一?xiàng)非常有意義的工作。

濕法水下焊接

濕法焊接中，水下焊接的基本問題表現(xiàn)最為突出。因此采用這類方法難以得到質(zhì)量好的焊接接頭，尤其在重要的應(yīng)用場(chǎng)合，濕法焊接的質(zhì)量難以令人滿意。但由于濕法水下焊接具有設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉、操作靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。所以，近年來各國對(duì)這種方法仍在繼續(xù)進(jìn)行研究，特別是涂藥焊條和手工電弧焊，在今后一段時(shí)期還會(huì)得到進(jìn)一步的應(yīng)用。在焊條方面，比較先進(jìn)的有英國Hydroweld公司發(fā)展的Hydroweld FS水下焊條，美國的專利水下焊條7018’S 焊條，以及德國Hanover大學(xué)基于渣氣聯(lián)合保護(hù)對(duì)熔滴過渡的影響和保護(hù)機(jī)理所開發(fā)的雙層自保護(hù)藥芯焊條。美國的Stephen Liu等人在焊條藥皮中加入錳、鈦、硼和稀土元素，改善了焊接過程中的焊接性能，細(xì)化了焊縫微觀組織。水下焊條的發(fā)展促進(jìn)了濕法水下焊接技術(shù)的應(yīng)用。目前，在國、內(nèi)外都有采用水下濕法焊條電弧焊技術(shù)進(jìn)行水下焊接施工的范例。

藥芯焊絲的出現(xiàn)和發(fā)展適應(yīng)了焊接生產(chǎn)向高效率、低成本、高質(zhì)量、自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展的趨勢(shì)。英國TWI與烏克蘭巴頓研究所成功開發(fā)了一套水下濕法藥芯焊絲焊接的送絲結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)及其焊接工藝。華南理工大學(xué)機(jī)電工程系劉桑、鐘繼光等人開發(fā)了一種藥芯焊絲微型排水罩水下焊接方法，從實(shí)用經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā),完全依靠焊接時(shí)自身所產(chǎn)生的氣體以及水汽化產(chǎn)生的水蒸氣排開水而形成一個(gè)穩(wěn)定的局部無水區(qū)域,使得電弧能在其中穩(wěn)定的燃燒。微型排水罩的尺寸和結(jié)構(gòu)決定了焊接過程中無水區(qū)(局部排水區(qū))的大小和穩(wěn)定程度。除此之外，他們還通過復(fù)合濾光技術(shù)和水下CCD攝像系統(tǒng)，采集出了藥芯焊絲水下焊接電弧區(qū)域圖像，從而為水下濕法焊接電弧的機(jī)理分析及水下焊接過程控制奠定了基礎(chǔ)。

20081182069光信0802林裕