激光加工技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用原理

       1激光加工的原理
　　激光是一種強(qiáng)度高、方向性好、單色性好的相干光。由于激光的發(fā)散角小和單色性好，理論上可以聚焦到尺寸與光的波長(zhǎng)相近的(微米甚至皿微米)小斑點(diǎn)上，加上它本身強(qiáng)度高.故可以使焦點(diǎn)處的功率密度達(dá)到105～1013W/cm2.溫度可達(dá)1萬°C以上。在這樣的高溫下。任何材料都將瞬時(shí)急劇熔化和汽化，并爆炸性地高速噴射出來，同時(shí)產(chǎn)生方向性很強(qiáng)的沖擊。因此，激光加工是工件在光熱效應(yīng)下產(chǎn)生高溫熔融和受沖擊波拋出的綜合過程。
　　2激光加工的特點(diǎn)
　　激光加工的特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：一是幾乎對(duì)所有的金屬和非金屬材料都可以進(jìn)行激光加工；二是激光能聚焦成極小的光斑.可進(jìn)行微細(xì)和精密加工.如微細(xì)宅縫和微孔的加工：三是可用反射鏡將激光束送往遠(yuǎn)離激光器的隔離室或其他地點(diǎn)進(jìn)行加工；四是加工時(shí)不需要刀具，屬于非接觸加工。無機(jī)械加工變形：五是無需加工工具和特殊環(huán)境，便于自動(dòng)控制連續(xù)加工.加工效率高，加工變形和熱變形小。
　　3激光加工技術(shù)在農(nóng)用汽車工業(yè)中的應(yīng)用
　　3.1激光切割
　　激光切割大多采用大功率的CO2激光器，對(duì)于精細(xì)的切割也可采用YAG激光器。激光可以切割金屬，也可以切割非金屬。在激光切割過程中。由于激光對(duì)被切割材料不產(chǎn)生機(jī)械沖擊和壓力，再加上激光切割切縫小，便于自動(dòng)控制，故在實(shí)際中常用來加工玻璃、陶瓷及各種精密細(xì)小的零部件。激光切割以其切割范圍廣、切割速度高、切縫窄、切割質(zhì)量好、熱影響區(qū)小、加工柔性性大等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。在農(nóng)用汽車下業(yè)中.車身覆蓋件三維輪廓采用激光切割可以提高切割效率8～20倍，節(jié)省材料15％～30％，從而大幅度降低生產(chǎn)成本。且加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量可靠。
   　3.2激光焊接
　　當(dāng)激光的功率密度為105～107W／cm2，照射時(shí)間約為1／100s左右時(shí)，可進(jìn)行激光焊接。激光焊接一般無需焊料和焊劑，只需工件加工區(qū)域"熱熔"在一起即可。激光焊接速度快，熱影響區(qū)小，焊接質(zhì)量高，即可焊接同種材料.也可焊接異種材料，還可透過玻璃進(jìn)行焊接。
　　農(nóng)業(yè)汽車工業(yè)中，激光技術(shù)主要用于車身拼焊、焊接和零件焊接。激光拼焊是在車身設(shè)計(jì)制造中，根據(jù)車身不同的設(shè)計(jì)和性能要求，選擇不同規(guī)格的鋼板.通過激光裁剪和拼裝技術(shù)完成車身某～部位的制造.例如前擋風(fēng)玻璃框架、車門內(nèi)板、車身底板、中立柱等。激光拼焊具有減少零件和模具數(shù)量、減少點(diǎn)焊數(shù)目、優(yōu)化材料用量、降低零件重量、降低成本和提高尺寸精度等好處.目前已被許多大的農(nóng)業(yè)汽車制造商和配件供應(yīng)商所采用。激光焊接主要用于車身框架結(jié)構(gòu)的焊接.例如頂蓋與側(cè)蓋車身的焊接，而傳統(tǒng)焊劑方法的電阻點(diǎn)焊已逐漸被激光焊接所代替。采用激光焊接技術(shù)。工件連接之間的接合面寬度可以減少，既可降低板材使用量。又可提高車體剛度，零件焊接部位幾乎沒有變形。焊接速度快.而且不需要焊后熱處理。目前，激光焊接零部件常見于變速器齒輪、氣門挺桿、車門鉸鏈等。
　　3.3激光淬火
　　當(dāng)激光功率密度約為103-105W/cm2時(shí)。便可實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄鐵、中碳鐵甚至低碳鋼等材料進(jìn)行激光表面淬火。淬火層深度一般為0.7～1.1mm，淬火層硬度比常規(guī)淬火約高20％。激光淬火變形小。能解決低碳鋼的表面淬火強(qiáng)化問題。在激光淬火過程中，很大的過熱度和過冷度會(huì)使淬硬層的晶粒極細(xì)、位錯(cuò)密度極高且在表層形成壓應(yīng)力.進(jìn)而大大提高工件的耐磨性、抗疲勞、耐腐蝕、抗氧化等性能。延長(zhǎng)工件的使用壽命。
　　激光淬火技術(shù)在農(nóng)用汽車中的應(yīng)用主要包括農(nóng)用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸套內(nèi)壁、曲軸、凸輪軸、排氣閥、閥座等。意大利菲亞特公司采用HPL一10型激光器處理發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸套內(nèi)壁，降低了油耗，節(jié)省了成本；德國(guó)奧格斯堡一紐倫堡機(jī)械制造有限公司1984年就建立激光淬火生產(chǎn)線，對(duì)大型發(fā)動(dòng)機(jī)缸套進(jìn)行激光淬火，淬火帶的布局有交叉網(wǎng)紋式、螺旋線式和正弦波式，大大提高缸套耐磨性：長(zhǎng)春一汽對(duì)CAl41汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸套進(jìn)行激光淬火處理，大修里程提高到20x100000km：青島中發(fā)激光技術(shù)有限公司采用激光網(wǎng)絡(luò)工藝加工發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔、曲軸等零件表面，壽命提高3-5倍。
　　3.4激光熔覆
　　激光熔覆亦稱激光包覆或激光熔敷，是材料表面改性技術(shù)的一種重要方法。它是利用高能激光束(104～106W／cm2)在金屬表面輻照，通過迅速熔化、擴(kuò)展和迅速凝固(冷卻速度通常為102～106oC／s)，在基材表面熔覆一層具有特殊物理、化學(xué)或力學(xué)性能的材料，從而構(gòu)成一種新的復(fù)合材料，以彌補(bǔ)機(jī)體缺少的高性能。這種復(fù)合材料能充分發(fā)揮兩種材料的優(yōu)勢(shì)。
　　彌補(bǔ)相互間的不足。激光熔覆技術(shù)在農(nóng)用汽車工業(yè)中應(yīng)用廣泛，如缸套、曲軸、活塞環(huán)、換向器、齒輪等零部件的表面熔覆。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣門的密封錐形面熔覆stellite合金后。耐磨性能比基本材料提高5倍。
　　3.5激光合金化
　　激光合金化(1aserSurfaceAlloying，LSA)是金屬材料表面局部改性處理的一種新方法。是在高能量激光束的照射下.使基體材料表面的一薄層與根據(jù)需要加入的合金素同時(shí)快速熔化、混合，形成厚度為10～l000μm的表面融化層，使材料表面在很短時(shí)間內(nèi)形成具有要求深度和化學(xué)成分的表面合金化層。這種合金化層由于具有高于基材的某些性能.所以能達(dá)到表面改性處理的目的。在農(nóng)用汽車工業(yè)方面，激光表面合金化工藝可以明顯改善工件表面的耐磨、耐蝕、耐高溫等性能。延長(zhǎng)在各種惡劣工作條件下工作的農(nóng)用汽車零部件如軸承、軸承保持架、汽缸、襯套等的使用壽命。
　　3.6激光無模成形
　　激光無模成形是利用激光束掃描金屬薄板時(shí).在作用區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈溫度梯度而誘發(fā)熱應(yīng)力，使板料實(shí)現(xiàn)塑性彎曲變形。德國(guó)將激光成形用于農(nóng)用汽車制造業(yè).進(jìn)行了農(nóng)用汽車覆蓋件的柔性校正和其他異型件的成形，并對(duì)彎曲成形過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制，彎曲角精度可達(dá)到±0.20。
　　3.7激光打標(biāo)
　　激光打標(biāo)是指利用高能量激光束照射工件表面。光能瞬時(shí)變成熱能.使工件表面迅速產(chǎn)生蒸發(fā)。從而在工件表面刻出所需要的文字和圖形。以作為永久的防偽標(biāo)志。
　　4結(jié)語
　　我國(guó)農(nóng)用汽車工業(yè)技術(shù)與國(guó)外相比還存在較大差距。大力開展激光加工基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)的研究.對(duì)于提升我國(guó)農(nóng)用汽車工業(yè)制造水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，發(fā)展民族工業(yè)具有重要的意義。