20世紀70年代，美國進行了兩大研究：一是福特汽車公司進行的車身鋼板的激光焊接；二是通用汽車公司進行的動力轉(zhuǎn)向變速箱內(nèi)表面的激光淬火。這兩項研究推動了之后的機械制造業(yè)中的激光加工技術(shù)的發(fā)展。到80年代后期，激光加工的應(yīng)用實例有所增加，其中增長最迅速的是激光切割、激光焊接和激光淬火。這3項技術(shù)目前已經(jīng)發(fā)展成熟，應(yīng)用也很廣泛。進進21世紀初始，“激光技術(shù)國家重點實驗室”和“激光加工國家研究中心”率先在武漢法利萊切割系統(tǒng)工程有限公司組建了激光產(chǎn)業(yè)科研組，并選定重點研究項目，以法利萊公司作為生產(chǎn)和研究基地。自此，大功率激光加工技術(shù)才得以在我國機械產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域落地生根。激光加工技術(shù)之所以得到如此廣泛的應(yīng)用，是由于它與傳統(tǒng)加工技術(shù)相比具有很多優(yōu)點：一是非接觸加工，沒有機械力；二是可以加工高硬度、高熔點、極脆的難加工材料；三是加工精度高，熱變形很小，加工質(zhì)量高；四是與現(xiàn)代數(shù)控機床相結(jié)合，使激光加工具有加工精度高、可控性好、程序簡單、省料及污染少等特點。下面，綜合先容在機械產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用比較廣泛的幾種激光加工技術(shù)。

 

         1.激光切割

激光切割是利用經(jīng)聚焦的高功率密度光束照射工件，材料吸收激光能，溫度急劇升高，工件表面開始熔化或氣化，并吹進活性氣體助燃。隨著激光束與工件的相對運動，在工件上形成切縫。激光照射工件表面時，一部分光被吸收，另一部分光被工件反射。吸收部分轉(zhuǎn)化為熱能，使工件表面溫度急劇升高，材料熔化、氣化，產(chǎn)生黑洞效應(yīng)，使材料吸收率進步，迅速加熱切割區(qū)材料。此時吹氧可以助燃，并提供大量熱能，使切割速度進步；還可吹走熔渣，保護和冷卻鏡頭。

 

激光切割有很多特點：激光可切割特硬、特脆和特軟材料；切縫寬度很窄；切割表面光潔；切割表面熱影響層淺，表面應(yīng)力?。磺懈钏俣瓤?，熱影響區(qū)小；適合加工板材。

 

在產(chǎn)業(yè)機械生產(chǎn)制造中，“激光技術(shù)國家重點實驗室”和武漢法利萊聯(lián)合研制的WALC4020寬幅面數(shù)控激光切割機（見圖1），除了可以達到上述要求及切割幅面寬的特點外，還具有以下技術(shù)創(chuàng)新點：懸臂倒掛橫梁、直線電動機驅(qū)動、SIEMENS 840D控制器、專有光束質(zhì)量調(diào)整系統(tǒng)、穿透檢測、自動聚焦、打孔切割雙流量控制系統(tǒng)以及垂直升降式交換工作臺結(jié)構(gòu)等。這些技術(shù)創(chuàng)新使WALC4020激光切割機的技術(shù)性能超過其他同類產(chǎn)品，達到國際先進水平。

 

         2.激光焊接

激光焊接是一種高速度、非接觸、變形小的生產(chǎn)加工方法，非常適合大量而連續(xù)的加工過程。法利萊大功率激光科研基地生產(chǎn)的專用激光焊接機，或融合焊接、切割于一體的激光加工設(shè)備，能成倍進步焊接質(zhì)量。其焊接接頭強度高，可以達到與母材等強度，設(shè)備性能穩(wěn)定、重復性好、可靠性高，焊接接頭無脫斷，并且在國內(nèi)率先開發(fā)出汽車排氣管、傳動部件和生產(chǎn)工件的激光焊接成套設(shè)備，能成倍提升生產(chǎn)效率和使用壽命，經(jīng)濟效益十分明顯。

 

         3.激光硬化

激光硬化就是激光淬火，是用高能激光束快速掃描氣缸孔表面，在表面極薄一層的小區(qū)域內(nèi)(光斑大小)快速吸收能量而使溫度急劇上升（見圖2、圖3）。由于金屬基體優(yōu)良的傳熱、導熱性，表面熱量迅速傳到氣缸基體的其他部分，從而在極短的瞬間完成自冷淬火，實現(xiàn)氣缸孔表面的相變硬化。

 

激光表面硬化與常規(guī)的硬化工藝相比，其發(fā)展歷史很短，但從已取得的效果來看，激光硬化處理工藝是一種具有很多特點的表面硬化處理新工藝。

 

其主要特點有：

（1）材料表面的高速加熱和高速自冷。

（2）激光硬化處理后的工件表面硬度高，比常規(guī)淬火要高5 %～20%，可獲得極細的硬化層組織。

（3）由于激光加熱速度快，因而熱影響區(qū)小，淬火應(yīng)力及變形小。

（4）可以對外形復雜的零件和不能使用其他常規(guī)方法處理的零件進行局部硬化處理。同時，也可以根據(jù)需要在同一零件的不同部位進行不同的激光硬化處理。

（5）激光硬化工藝周期短，生產(chǎn)效率高，工藝過程易實現(xiàn)計算機控制，自動化程度高，可納進生產(chǎn)流水線。

（6）激光硬化靠熱量由表及里的傳導自冷，無需冷卻介質(zhì)，對環(huán)境無污染。

 

      由熱處理理論可知，材料熱處理后的硬度與溫度的變化速率有密切關(guān)系。變化速率越大，硬度越高，耐磨性越好。激光淬火后，在工件表面可得到晶體細化、組織致密的馬氏體和萊氏體，表層石墨消失，碳化物含量增加，彌散度進步，在次表層產(chǎn)生殘余奧氏體。對鑄鐵材料來說，工件表面硬度大幅度進步后，硬度可從原來的180～250HV進步到1000HV左右，耐磨性進步3～4倍以上，而且工件表面的抗疲憊性能和抗腐蝕性能也獲得明顯進步隨著大功率激光器的研制成功，激光加工技術(shù)在機械產(chǎn)業(yè)得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，大功率激光切割焊接技術(shù)必將為民族產(chǎn)業(yè)起到很好的助推作用！