激光切割

激光切割是利用激光束聚焦形成高功率密度的光斑照射工件,材料吸收光能,溫度急劇升高,將材料快速加熱至熔化或氣化溫度,再用噴射氣體吹化,以此分割材料。在這一過(guò)程中,當(dāng)激光照射工件表面時(shí),一部分光被工件吸收,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,材料熔化或氣化,同時(shí),產(chǎn)生黑洞效應(yīng),使材料對(duì)光的吸收率提高,迅速加熱熔化或氣化切割區(qū)材料。此時(shí)吹氧可以助燃,并提供大量的熱能,使切割速度提高等。切割宜用連續(xù)輸出激光器。特點(diǎn):激光可切割特硬、特脆及特軟材料、高熔點(diǎn)的難加工材料;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)力小; 切割速度快,熱影響區(qū)小; 無(wú)機(jī)械變形、無(wú)刀具磨損,容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)

激光焊接

激光焊接是把激光聚焦成很細(xì)的高能量密度光束照射到工件上,使工件受熱熔化,然后冷卻使工件得到焊接。激光焊結(jié)熔深大,速度快,效率高; 激光焊燒區(qū)窄,熱影響區(qū)很小,工件變形也很小,同時(shí),焊縫小,可實(shí)現(xiàn)精密焊接; 焊接結(jié)構(gòu)均勻,品粒很小,氣孔少,夾雜缺陷少,在機(jī)械性能、抗蝕性能和電磁學(xué)性能上優(yōu)于常規(guī)焊接方法。

激光熱處理

激光熱處理是利用高功率密度的激光束對(duì)金屬進(jìn)行表面處理的方法。如當(dāng)把金

屬表面加熱到僅低于熔點(diǎn)的臨界轉(zhuǎn)變溫度時(shí),其表面迅速奧氏體化,然后急速自冷淬火,金屬表面迅速被強(qiáng)化,即激光相變硬化(激光淬火)。激光表面熱處理技術(shù)包括激光相變硬化技術(shù)、激光涂覆技術(shù)、激光合金化技術(shù)、激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)等,這些技術(shù)對(duì)改變材料的機(jī)械性能、耐熱性和耐腐蝕性等有重要作用

(一)鉆孔
早期激光鉆孔采用定點(diǎn)沖擊法：即在一個(gè)位置上用脈沖激光束不停地加工，直至孔通。這種加工方法，使加工的孔深和孔徑均受到限制。

高重復(fù)頻率YAG激光器進(jìn)入實(shí)用階段后，出現(xiàn)了旋切鉆孔法(Trepanning)，即用專用光學(xué)旋轉(zhuǎn)頭或數(shù)控自動(dòng)生成圓軌跡進(jìn)行激光套料加工。這不僅消除了孔徑限制，且由于有輔助吹氣，加工區(qū)呈半敞開(kāi)式，熔融物易排出，故孔表面質(zhì)量好。

對(duì)于分布有大量相同規(guī)格小孔的零件，特別是回轉(zhuǎn)體，當(dāng)前又發(fā)展了飛行打孔法(Drilling on the fly)，即激光對(duì)一個(gè)孔位加工一個(gè)脈沖后，不管孔是否打通，工件都利用光脈沖間隙快速運(yùn)動(dòng)(移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng))到下一個(gè)孔位，如此進(jìn)行多次循環(huán)對(duì)同一位置多次沖擊，直至完成所有孔的加工。其優(yōu)點(diǎn)是激光脈沖間隙的時(shí)間被用作零件孔的位移，可大大提高加工速度。鉆孔速度目前為每秒數(shù)10孔，預(yù)計(jì)可達(dá)每秒500孔(亞毫米孔徑)。技術(shù)的關(guān)鍵在于激光到達(dá)，工件必需運(yùn)動(dòng)到位，這對(duì)非均布孔來(lái)說(shuō)有很大難度。用CNC閉環(huán)控制系統(tǒng)控制，當(dāng)孔加工速率更高時(shí)，為保證圓的孔形，在激光作用時(shí)間內(nèi)，激光束必須與零件同步運(yùn)動(dòng)。 激光飛行打孔在航空零件加工中已得到了應(yīng)用，環(huán)形燃燒室的冷卻孔加工是典型的應(yīng)用實(shí)例。此外，高速飛機(jī)的機(jī)翼和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的前沿，氣流極易與翼表面分離，形成紊流增大而氣動(dòng)力損失，為此，設(shè)計(jì)了有吸氣功能的層流翼(短艙)套，其表面是由1mm厚的鈦合金板制成，上面分布了1200萬(wàn)至10億個(gè)錐孔，外表面孔徑0.06mm，內(nèi)表面孔徑為0.1mm，孔間距為0.3～1mm，層流翼套的小孔也是用飛行打孔法完成的。

對(duì)于微米量級(jí)孔徑的篩孔，用準(zhǔn)分子激光或調(diào)Q的YAG激光快速掃描加工(每秒可加工數(shù)千孔)可得到滿意的結(jié)果。

(二)切割
激光切割近期仍以CO 2 激光為主，隨著器件功率的加大，切割深度和速度都有大幅度提高。為提高加工質(zhì)量，采用高壓吹氣(壓力達(dá)1.6～2.0MPa)，用 3.4kW的功率的CO 2 激光可切割5～6mm厚度的鋁板，切口光滑，正、背面不留熔渣。 值得提出的是采用兩束激光復(fù)合切割材料，能取得更低的能耗。圖1是兩種激光復(fù)合切割的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。試驗(yàn)表明，用CO(270W)激光與KrF(30W)激光復(fù)合切割，比單用一束CO(300W)激光切割碳鋼可提高速度30%，切割厚度可增加40%以上。