文獻(xiàn)綜述激光加工

1、關(guān)于激光加工技術(shù)的文獻(xiàn)綜述摘要：激光是20世紀(jì)的重大發(fā)明之一，因其具有單色性、相干性和平行性，特別適用于材料加工，激光加工是激光應(yīng)用最有發(fā)展前途的領(lǐng)域。本文主要論述了激光加工技術(shù)的發(fā)展歷史、應(yīng)用原理、關(guān)鍵技術(shù)、發(fā)展趨勢(shì)及前景。關(guān)鍵詞： 激光加工，歷史，原理，技術(shù)，前景激光是最重大的發(fā)明之一，具有巨大的技術(shù)潛力。它具有強(qiáng)度高、方向性好、單色性好的特點(diǎn)，因此特別適合進(jìn)行材料加工。1激光先進(jìn)制造技術(shù)是最為廣泛和活躍的激光應(yīng)用領(lǐng)域之一,具有柔性、高效、高質(zhì)量等綜合優(yōu)勢(shì),可應(yīng)用于從計(jì)算機(jī)芯片到大型飛機(jī)、航空母艦等幾乎所有的加工制造領(lǐng)域,在減量化、輕量化、再制造、節(jié)能、環(huán)保等方面發(fā)揮越來越重要作用。2 1

2、.發(fā)展歷史1960年，梅曼(T·Maiman)發(fā)明了第一臺(tái)紅寶石激光器，標(biāo)志著量子光學(xué)由理論發(fā)展到技術(shù)工程。1964年，帕特爾(CPatel)發(fā)明了第一臺(tái)CO2激光器；1965年，貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了第一臺(tái)YAG激光器。1968年后高功率CO2激光器發(fā)展迅速，1971年出現(xiàn)了第一臺(tái)商用1 kWCO2激光器。 激光加工用于工業(yè)生產(chǎn)，首先要有可靠穩(wěn)定的、光束能量可調(diào)的、光束模式合適的激光器。70年代初，YAG激光器開始作為微型件切割、焊接的重要光源，并逐步在生產(chǎn)中得到應(yīng)用，如電子工業(yè)中的各種焊接、切割、退火及鐘表行業(yè)中的打孔等。70年代后期，電子、鐘表工業(yè)中出現(xiàn)了正規(guī)的激

3、光加工工藝。尤其是集成電路的發(fā)展，迫切需要采用激光加工工藝提高其加工效率與質(zhì)量，也助推了新的激光加工工藝的產(chǎn)生、發(fā)展和應(yīng)用。 80年代，激光器質(zhì)量又有了提高，其輸出功率大幅提高：CO2激光器由幾千瓦發(fā)展到上萬瓦，YAG激光器由幾百瓦發(fā)展到數(shù)千瓦；這些激光器均實(shí)現(xiàn)了連續(xù)運(yùn)行和脈沖運(yùn)行的工作方式；激光的模式從多模輸出發(fā)展到基?；蚪咏］敵?；光束發(fā)散角也達(dá)到幾個(gè)毫弧度。這樣就更進(jìn)一步推動(dòng)了激光加工技術(shù)的普及與應(yīng)用。 近年來，光纖激光器在技術(shù)上取得了巨大的發(fā)展，與傳統(tǒng)的固體激光器相比較，具有很大的輸出功率，光束質(zhì)量好，轉(zhuǎn)換效率高，柔性傳輸良好，使得光纖激光器在激光材料加工中具有很

4、大吸引力。飛秒激光器的發(fā)展則使超微細(xì)（亞微米至納米級(jí)）加工得以實(shí)現(xiàn)， 并且可在透明材料內(nèi)部進(jìn)行加工。激光加工是繼機(jī)械加工、力加工、火焰加工和電加工之后一種嶄新的加工技術(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、打孔及微加工的一門綜合性技術(shù)。 從最小結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)芯片到超大型飛機(jī)和艦船， 激光加工都將是不可或缺的重要手段，加工制造業(yè)是激光應(yīng)用最基本、最深入的領(lǐng)域。32.應(yīng)用原理由于激光的發(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)相近的小斑點(diǎn)上，再加上其強(qiáng)度高，因此其加工的功率密度可達(dá)到1081010W/cm2，溫度可達(dá)1 萬攝氏度以上

5、。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。激光加工的基本設(shè)備包括激光器、電源、光學(xué)系統(tǒng)及機(jī)械系統(tǒng)等四大部分。目前常用的激光器按激活介質(zhì)的種類可以分為固體激光器和氣體激光器，如圖1、圖2 所示。激光加工過程大體上可分為如下幾個(gè)階段：1）將激光束照射工件（在照射過程中，光的輻射能部分被反射，部分被吸收，部分因熱傳導(dǎo)而損失）；2）工件材料吸收光能；3）光能轉(zhuǎn)變成熱能使工件材料無損加熱（激光射到工件材料的深度很小，所以在焦點(diǎn)的中央，工件的表面溫度迅速升高）；4）工件材料發(fā)生熔

6、化、蒸發(fā)、汽化并濺出，從而從工件上去除或破壞掉；5）作用結(jié)束以及加工區(qū)冷凝。43主要技術(shù)3.1激光切割技術(shù)一般激光切割時(shí)，切割頭中安裝可以將激光聚焦到一個(gè)很小光斑的透鏡。激光切割是利用聚焦的高功率密度激光束照射切割材料，在超過激光的閾值功率密度的前提下，激光束大部分能被材料吸收，由此引起激光照射點(diǎn)的溫度急劇上升，達(dá)到一定溫度后被切材料開始汽化或者燃燒。同時(shí)，由切割頭噴出一股與光束同軸的氣流，從切口底部吹出汽化或燃燒的材料，并形成孔洞繼而穿透。隨著激光束與被切材料的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，最終形成切縫，從而使激光穿透變?yōu)榧す馇懈?。影響激光切割的因素有很多，主要包? 個(gè)方面:切割材料特性、激光光學(xué)特性、加工工

7、藝參數(shù)。具體來說，有以下幾個(gè)因素: 激光功率、切割速度、輔助氣體種類流量及壓力、離焦量和入射角等等。53.2激光焊接技術(shù)激光焊接技術(shù)是把激光束經(jīng)過聚焦后形成高能量密度的激光脈沖對(duì)材料進(jìn)行微小區(qū)域內(nèi)的局部加熱，將材料熔化后形成特定熔池，從而達(dá)到焊接的目的。目前，用于大功率激光焊接的激光器主要是CO2氣體激光器和Nd:YAG固體激光器兩種。CO2氣體激光器輸出的激光波長(zhǎng)為10.6m，它是以CO2混合氣體作為激光活性介質(zhì)，通過放電產(chǎn)生激勵(lì)。Nd:YAG固體激光器輸出的激光波長(zhǎng)為1.06m,它是以摻有釹(Nd)或釔(Yb)金屬離子的YAG晶體作為激光活性介質(zhì)，主要通過光泵浦來發(fā)射激光。同CO2激光器相

8、比，Nd:YAG激光器主要優(yōu)勢(shì)是光束可以通過光纖進(jìn)行傳播，且其波長(zhǎng)短，有利于材料表面的吸收，尤其對(duì)焊接銅合金和鋁合金等材料更為優(yōu)越。6 3.3激光打標(biāo)技術(shù)激光打標(biāo)系統(tǒng)的工作原理是：通過打標(biāo)軟件或其他輔助軟件在計(jì)算機(jī)中編輯好打標(biāo)所需的圖形、文字，并轉(zhuǎn)換為打標(biāo)軟件所能識(shí)別的文件格式，再通過振鏡系統(tǒng)伺服控制卡轉(zhuǎn)換成掃描振鏡所能識(shí)別的電信號(hào)。這些電信號(hào)按一定的頻率分別傳輸?shù)綊呙枵耒R頭和聲光電源的輸入端口。在一系列電信號(hào)的控制下，振鏡在X,Y二維進(jìn)行有序擺動(dòng)，使激光輸出點(diǎn)掃描出相應(yīng)的圖形和文字；與此同時(shí)聲光電源在相應(yīng)電信號(hào)的控制下使聲光Q 開關(guān)產(chǎn)生所需的頻率調(diào)制信號(hào)，從而將連續(xù)激光調(diào)制成一定頻率的激光脈

9、沖，最后將激光輸出點(diǎn)掃描出的圖形和文字刻蝕在工件上。計(jì)算機(jī)對(duì)激光打標(biāo)系統(tǒng)的控制是通過控制振鏡系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。振鏡系統(tǒng)是由伺服控制卡與擺動(dòng)電機(jī)組成的高精度伺服控制系統(tǒng)，輸入一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，擺動(dòng)電機(jī)就會(huì)按一定電壓與角度的轉(zhuǎn)換比例擺動(dòng)一個(gè)角度?？刂瓶ǔ敵鰞陕氛耒R控制信號(hào)及一路激光控制脈沖信號(hào)外，還提供了腳踏開關(guān)接口。7 3.4激光快速成形技術(shù)激光快速成形技術(shù)是20世紀(jì)末發(fā)展起來的一種材料制備新技術(shù)，以快速成形原理與激光熔覆制造思想為基礎(chǔ)，通過結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、激光加工、凝固技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料以及力學(xué)等學(xué)科先進(jìn)技術(shù)，將激光快速成形技術(shù)獲得的獨(dú)特凝固組織通過逐層堆積并擴(kuò)展到整個(gè)三維實(shí)體零件，從而使傳統(tǒng)

10、的材料成形多步制造工藝集成為一步制造，極大地提高了工件制造效率以及材料性能并節(jié)省了成本，被認(rèn)為是制造領(lǐng)域的一次重大變革，代表先進(jìn)制造技術(shù)和材料制備技術(shù)的最新發(fā)展方向，目前，已應(yīng)用于金屬、陶瓷、塑料以及各種復(fù)合材料的制備和零件修復(fù)中。激光快速成形技術(shù)具有以下突出特點(diǎn)：利用“離散+堆積”的増材成形思想，通過同步送絲或激光熔覆數(shù)字化成形一步實(shí)現(xiàn)工件的精確成形；屬近凈成形制造技術(shù)；適用的材料種類不受限制；制造工藝與所生產(chǎn)零件的尺寸、復(fù)雜程度無關(guān)，能夠快速生產(chǎn)傳統(tǒng)制造工藝難以制備的形狀復(fù)雜的零件。8 激光快速成形技術(shù)可用于陶瓷材料，氧化物陶瓷具有優(yōu)異的室溫和高溫力學(xué)性能、良好的抗氧化、抗腐蝕以及耐磨性，

11、然而，陶瓷具有較高的熔點(diǎn)和硬度以及較大的脆性，傳統(tǒng)燒結(jié)制備工藝程序復(fù)雜且制備的材料致密度低、強(qiáng)度較低、色澤差，特別是難以制備形狀復(fù)雜的零件，后續(xù)加工量大。因此，近年來世界各國開始嘗試將金屬材料的激光快速成形技術(shù)應(yīng)用到氧化物陶瓷上來。SHISHKOVSKY 等采用SLM 技術(shù)合成出了Al2O3-ZrO2 復(fù)合陶瓷，然而制備的工件內(nèi)部含有大量的空隙和裂紋。最近Fraunhofer 實(shí)驗(yàn)室對(duì)SLM 技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，通過增加YAG 激光器預(yù)熱陶瓷粉末，制備出無裂紋，密度接近100%的Al2O3-ZrO2 復(fù)合陶瓷。HAGEDORN 9等基于上述研究成果，采用SLM技術(shù)成功制作了3 單位的全瓷固定支架，

12、但表面質(zhì)量較差。近年來，隨著大功率半導(dǎo)體激光器的發(fā)展，采用半導(dǎo)體激光器作為激光光源的LENs系統(tǒng)逐漸出現(xiàn)，激光工作臺(tái)從最初的三軸工作臺(tái)發(fā)展到五軸工作臺(tái)以及高性能多自由度機(jī)床乃至工業(yè)機(jī)器人，極大地提高了工件成形的精度和復(fù)雜性。德國通快公司開發(fā)了DMD505 LENs 設(shè)備，系統(tǒng)采用五軸數(shù)控。10 4.激光器4.1半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器具有電光轉(zhuǎn)換效率高、體積小、壽命長(zhǎng)、功耗低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的固體及氣體激光器相比有很大的優(yōu)勢(shì)，在國防、工業(yè)、科研領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。隨著輸出功率的不斷提高，半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用領(lǐng)域也隨之不斷擴(kuò)大。特別是隨著工業(yè)加工領(lǐng)域?qū)Υ蠊β始す庑枨蟮牟粩嘣鲩L(zhǎng)，半導(dǎo)體激光

13、器在激光市場(chǎng)中的份額進(jìn)一步增加。近年來，隨著電光轉(zhuǎn)換效率的提高、輸出光束質(zhì)量的改善和輸出功率的增加，大功率半導(dǎo)體激光器越來越多地被直接應(yīng)用于材料加工領(lǐng)域，以達(dá)到提高穩(wěn)定性、減少能源消耗和降低運(yùn)行、維護(hù)成本的目的。半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，有雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器、條形半導(dǎo)體激光器、量子阱半導(dǎo)體激光器、分布反饋半導(dǎo)體激光器等。激光加工用半導(dǎo)體激光器的光束變換在工業(yè)用大功率直接半導(dǎo)體激光器的研制方面，德國的Laerline、Rofin、Trumpf等公司處于世界先進(jìn)水平。Laerline的LDL80系列直接半導(dǎo)體激光器功率為1200W，焦距為100mm時(shí)光斑尺寸為0.4mm×0.4m

14、m；功率為100mm，焦距為100mm,時(shí)光斑尺寸為0.4mm×0.1mm 。Rofin公司DL-Q系列直接半導(dǎo)體激光器功率為1400W焦距在66mm時(shí)光斑尺寸為0.8mm×1.3mm。而且DL-Q系列的半導(dǎo)體激光器能夠很好地適應(yīng)激光焊接、熔覆、釬焊、表面處理等方面的應(yīng)用，光束可以聚焦成矩形、方形甚至圓形；Trumpf公司的TruDiode系列半導(dǎo)體激光器2009年能夠?qū)崿F(xiàn)13kW的激光輸出，2010年已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)4kW的激光輸出。114.2 CO2激光器高重復(fù)頻率CO2激光器的主體包括：(一) 主放電電極和預(yù)電離電極組成的氣體放電系統(tǒng)，(二) 由氣體循環(huán)風(fēng)機(jī)和熱交換器等組

15、成的氣體循環(huán)冷卻系統(tǒng)。這兩個(gè)系統(tǒng)布放在激光器真空腔體內(nèi)。激光器腔體采用不銹鋼材料精密焊接而成，光學(xué)諧振腔等零件組合部位采用高真空硅橡膠圈密封連接。主放電電極采用改進(jìn)后的張氏電極，為避免高重復(fù)頻率條件下陰極表面濺射而引起的放電不穩(wěn)定性，電極材料選用45碳鋼，主放電電極間距10 mm，電極寬度10 mm，電極長(zhǎng)度120 mm。激光諧振腔采用典型的平凹腔結(jié)構(gòu)， 后腔鏡為曲率半徑4 m 的無氧銅基底的表面鍍金全反鏡，輸出鏡為部分透射的ZnSe平面鏡。在密閉的高重復(fù)頻率橫向激勵(lì)大氣壓CO2激光器腔體內(nèi)，循環(huán)系統(tǒng)的通道是由風(fēng)機(jī)、放電區(qū)、熱交換器和導(dǎo)流裝置構(gòu)成的閉環(huán)結(jié)構(gòu)。激光器電路由激光器電極、高壓電源、脈

16、沖形成單元、脈沖調(diào)制觸發(fā)電路和脈沖觸發(fā)信號(hào)等幾個(gè)單元構(gòu)成。高速渦輪增壓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后，激光器腔體內(nèi)的氣體經(jīng)風(fēng)道出口急速通過主電極。高壓開啟后， 脈沖形成單元內(nèi)的儲(chǔ)能電容迅速充電至設(shè)定電壓。觸發(fā)信號(hào)經(jīng)升壓后，觸發(fā)高壓閘流開關(guān)管柵極,使之迅速導(dǎo)通。在閘流管導(dǎo)通瞬間，預(yù)電離組件中的電容感應(yīng)出高壓， 在陰極與預(yù)電離之間形成電暈，主放電極之間的電子密度急劇增長(zhǎng)，進(jìn)而在主電極間形成氣體輝光放電，構(gòu)成均勻激勵(lì)場(chǎng)。激光脈沖通過諧振腔的選擇放大后振蕩輸出。12 4.3光纖激光器光纖激光器可分為摻雜光纖激光器和受激散射光纖激光器兩大類。受激散射光纖激光器的發(fā)光原理是非線性效應(yīng),主要是受激拉曼散射和受激布里淵散射,它們

17、具有高飽和輸出功率,沒有菜浦源的限制,在光纖陀螺、光纖傳感、波分復(fù)用及相干光通信系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。摻雜激光器的增益介質(zhì)主要是摻稀土光纖,激光產(chǎn)生原理是受激福射。如摻銀(Tm3+)光纖激光器的發(fā)射波長(zhǎng)為1.41111波段,也是重要的光纖通信光源。13其他的摻雜光纖激光器,如在2.1,波長(zhǎng)工作的摻鈥(Ho3+)光纖激光器,由于水分子在2.0,附近有很強(qiáng)的中紅外吸收峰,對(duì)臨近組織的熱損傷小、止血性好,該波段對(duì)人眼也是安全的,在醫(yī)療和生物學(xué)研究上有廣闊的應(yīng)用前景。14 5.特點(diǎn)激光加工的特點(diǎn)1）激光加工的光斑大小可以聚焦到很小，甚至微米級(jí)，而且輸出功率可進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此適用于進(jìn)行精密精細(xì)加工；2）激

18、光加工為非接觸加工，無機(jī)械力作用于工件上，所以對(duì)工件不會(huì)產(chǎn)生損傷，也不會(huì)產(chǎn)生工具的損耗問題；3）激光加工的速度快，熱影響區(qū)小，容易實(shí)現(xiàn)加工過程的自動(dòng)化；4）激光加工設(shè)備裝置簡(jiǎn)單；5）激光加工可以通過透明介質(zhì)對(duì)密閉容器內(nèi)的工件進(jìn)行加工。激光加工的原理、應(yīng)用現(xiàn)狀與展望6.應(yīng)用6.1航空和航天對(duì)于三維航空零件，我們已經(jīng)利用三維激光切割機(jī)進(jìn)行了各種工藝所需的加工。發(fā)動(dòng)機(jī)輪轂、整流罩、飛機(jī)上椎體結(jié)構(gòu)等三維零件都能使用激光完成立體切割。 由于激光熔覆直接制造零件工藝裝備的突破，該項(xiàng)工藝也將得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經(jīng)激光輻照，使之和基體表面一薄層

19、同時(shí)熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低、與基體成冶金結(jié)合的表面涂層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法，從而達(dá)到表面改性或修復(fù)的目的，既滿足了對(duì)材料表面特定性能的要求，又節(jié)約了大量的貴重金屬。與之同理的3D 打印是快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)?，F(xiàn)在，導(dǎo)彈的尾翼、殲十五飛機(jī)的起落架、商用飛機(jī)的機(jī)翼骨架都應(yīng)用了激光熔覆技術(shù)，既保證了構(gòu)件的強(qiáng)度，又降低了成本。另外，也能將激光用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的輪轂打斜孔，方便冷空氣竄入以冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)，將溫度控制在正常范圍之內(nèi)，從而延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，這就

20、是激光打孔。15中國在今后的一段時(shí)期內(nèi)，不但切割裝備快速增長(zhǎng)，焊接裝備也會(huì)迎來大好的發(fā)展時(shí)機(jī)，大功率激光3D 切焊一體機(jī)、大功率激光特種加工裝備、大功率激光加工FMS 系統(tǒng)、大功率激光焊接工業(yè)系統(tǒng)將在我國各行各業(yè)被廣泛應(yīng)用，同時(shí)在國防、航空航天領(lǐng)域?qū)l(fā)揮出巨大的作用。6.2冶金行業(yè)在冶金行業(yè)中,激光加工技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用越來越廣泛，其中冶金生產(chǎn)線上有鋼帶激光拼焊、硅鋼激光刻痕;冶金設(shè)備中有軋輥激光毛化、軋輥激光表面硬化;冶金產(chǎn)品中有汽車板拼焊等，為企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。1）鋼帶拼焊技術(shù)是生產(chǎn)冷軋板材的關(guān)鍵技術(shù)之一，一般采用閃光焊和電阻焊。2）激光硅鋼表面微刻痕技術(shù)是改善磁疇分布,降低鐵損的有

21、效手段。機(jī)理是激光照射硅鋼片時(shí)，硅鋼片在激光束的瞬間幾千個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的沖擊力作用下，在作用區(qū)產(chǎn)生了彈塑性變形和應(yīng)力，引起局部高密度位錯(cuò),磁疇細(xì)化，使細(xì)化了的磁疇在外磁場(chǎng)的作用下發(fā)生位移、旋轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)，從而損耗的能量減小,鐵損降低。3）為了改善冷軋薄鋼板的板型、深沖性、伸長(zhǎng)率和涂鍍性能，在冷軋薄板生產(chǎn)工藝中，要求對(duì)冷軋工作輥的輥面進(jìn)行毛化處理，軋制出滿足用戶特殊工藝要求的冷軋毛化鋼板。軋輥毛化處理技術(shù)有:噴丸毛化、電火花毛化、激光毛化等。4）軋輥激光表面強(qiáng)化技術(shù)是近幾年激光表面強(qiáng)化技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的成功應(yīng)用，是極具市場(chǎng)前景的激光加工技術(shù)，它采用先進(jìn)的激光快速相變或者快速熔凝處理技術(shù)，可以在冶金軋輥表

22、面形成一層厚度為1.52.0 mm超細(xì)化、高強(qiáng)韌性、高耐磨性的合金層，典型的金相組織為超細(xì)化、過飽和的馬氏體和高度彌散、均勻分布的碳化物強(qiáng)化相顆粒，使冶金熱軋輥壽命顯著提高。軋輥激光表面強(qiáng)化技術(shù)主要有激光淬火、激光熔凝、激光合金化和激光熔覆。5）激光拼焊汽車板是激光加工技術(shù)在冶金產(chǎn)品中具有代表性的應(yīng)用。汽車板激光拼焊技術(shù)是近年來世界各大汽車制造廠采用激光制造工藝獲得巨大成功的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)，它將汽車車身分區(qū)優(yōu)化設(shè)計(jì)的不同厚度、材質(zhì)或鍍層鋼板以激光焊接制造組合車身板坯，進(jìn)行整體沖壓成形的工藝，改變了過去汽車車身制造的傳統(tǒng)模式，具有優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)，減輕車身重量和零部件數(shù)量，降低生產(chǎn)成本等優(yōu)點(diǎn)，獲得

23、了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。16 6.3汽車行業(yè)激光加工技術(shù)由于精度高、損耗少、應(yīng)力小等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛和迅速地應(yīng)用于汽車制造業(yè)。激光加工具有傳統(tǒng)加工方式無法替代的眾多優(yōu)勢(shì)，采用激光加工技術(shù)可以降低車身重量，提高車身的裝配精度，增加車身的剛度，減少車身零件的數(shù)目，降低整車制造成本以及提高車輛安全性、乘坐舒適度及美觀度等。1）遠(yuǎn)程激光飛行焊接技術(shù)，目前普遍使用的激光加工頭通常與工業(yè)機(jī)器人或機(jī)床連接，激光的行走路線則由機(jī)器人或機(jī)床來實(shí)現(xiàn)，而遠(yuǎn)程激光加工頭是近年來興起的一種高效的大功率激光加工頭，通常與工業(yè)機(jī)器人相配合實(shí)現(xiàn)高效率的激光焊接。2）激光拼焊技術(shù)，將幾塊不同材質(zhì)、不同厚度、不同涂層的材料焊接成一塊整體

24、板，以滿足零部件對(duì)材料性能的要求。同時(shí)具有其他熔焊工藝無法比擬的優(yōu)越性，尤其是焊接在汽車與航空工業(yè)中比較難焊的薄板合金材料，如鋁合金等，具有結(jié)構(gòu)件不變形、接頭質(zhì)量高、重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)。激光拼焊技術(shù)具有非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，在汽車工業(yè)中已成為標(biāo)準(zhǔn)工藝，目前主要用于轎車生產(chǎn)用板的焊接，可減少零部件的數(shù)量。3）激光復(fù)合（填絲）焊接技術(shù)，采用激光與其他熱源共同作用，與純激光焊接技術(shù)相比，利用激光復(fù)合焊接技術(shù)可大大提高鈑金件縫隙的連接能力，且電弧可以解決初始熔化問題，能夠改善鋁合金、異種材料等的焊接性。另外，激光復(fù)合焊接工藝具有更大的焊接裝配間隙、較高的焊接速度以及較好的力學(xué)性能，可以減少生產(chǎn)時(shí)間和降低生產(chǎn)

25、成本，因而對(duì)于現(xiàn)代汽車工業(yè)低成本、高性能、輕量化的要求來說具有極大吸引力。目前激光復(fù)合焊接技術(shù)已廣泛應(yīng)用于車門、側(cè)頂梁、支架、飛輪、立柱等汽車零部件及多種形式的接頭焊接中。4）壓焊技術(shù)，適用于搭接的焊接形式，目前在國內(nèi)應(yīng)用較少，在汽車工業(yè)中，大多數(shù)車身結(jié)構(gòu)采用搭接結(jié)構(gòu)，如頂蓋與側(cè)圍的搭接等。在焊接過程中，由于熱量的輸入，會(huì)產(chǎn)生焊接變形，導(dǎo)致被焊工件的位置發(fā)生變化，無法保證焊接質(zhì)量和精度。傳統(tǒng)的電阻點(diǎn)焊或電阻壓焊對(duì)參數(shù)波動(dòng)敏感、結(jié)構(gòu)受較多條件限制、設(shè)備復(fù)雜以及接頭尺寸受限等，限制了其在搭接焊過程中的廣泛應(yīng)用。而激光焊因聚焦光斑很小，可大大減小焊件的凸緣，不僅可以點(diǎn)焊，而且可以很容易實(shí)現(xiàn)快速連續(xù)焊

26、縫的焊接，在搭接焊中具有極大優(yōu)勢(shì)。因此，大部分汽車廠家為提高整車的性能，將激光焊接應(yīng)用到搭接焊過程中。17而激光壓焊技術(shù)是在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化的技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量更精確的控制。 6.4紡織服裝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。1）成衣激光繡花，超過三分之二的紡織服裝布料可利用激光來制作各種數(shù)碼圖案。傳統(tǒng)的紡織布料制作工藝需要后期的磨花、燙花、壓花等加工處理，而激光燒花在此方面具有制作方便、快捷、圖案變換靈活、圖像清晰、立體感強(qiáng)、能夠充分表現(xiàn)各種布料的本色質(zhì)感，以及歷久常新等優(yōu)勢(shì)。如果結(jié)合鏤空工藝更是畫龍

27、點(diǎn)睛，相得益彰。2）影像激光噴花，通過數(shù)控的激光照射，汽化牛仔布料表面的染料，從而在各種牛仔面料上制作出不會(huì)退色的影像圖案、漸變花形、貓須磨紗等效果，為牛仔時(shí)尚又增添了新的靚點(diǎn)。牛仔噴花激光加工是一項(xiàng)新興的、有豐厚加工利潤(rùn)和市場(chǎng)空間的加工項(xiàng)目，極適合牛仔服裝廠、水洗廠、加工型等企業(yè)和個(gè)人進(jìn)行牛仔系列產(chǎn)品的增值深加工。3）貼布繡激光切割，由于激光高度的聚焦性，照射光斑纖細(xì)，熱擴(kuò)散區(qū)小，因此極適合對(duì)紡織纖維面料的切割。具體表現(xiàn)在加工面料范圍廣泛、切口平滑無飛邊、自動(dòng)收口、無變形、圖形可通過計(jì)算機(jī)隨意設(shè)計(jì)和輸出、無需刀模等等。這使得激光加工成為業(yè)內(nèi)公認(rèn)的替代方式。4）激光打標(biāo)，具有打標(biāo)精度高，速度快

28、，打標(biāo)清晰，可在硬、軟、脆產(chǎn)品的平面、弧面和飛行物上打印各種文字、符號(hào)、圖案的特點(diǎn)。激光打標(biāo)兼容了激光切割、雕刻的各種優(yōu)點(diǎn)，可在金屬及有機(jī)聚合物薄片上精密加工，加工尺寸小的復(fù)雜圖案。打印標(biāo)記具有永不磨損的防偽性能，可專門制作布標(biāo)、皮標(biāo)、金屬標(biāo)、打印圖案復(fù)雜精細(xì)的各種司徽和LOGO，是品牌服裝服飾物加工的最佳選擇。18 6.發(fā)展前景隨著我國從制造業(yè)大國到制造業(yè)強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變，激光加工技術(shù)也慢慢走上了前臺(tái)，在我國制造業(yè)中的地位越來越高。而隨著激光技術(shù)的不斷更新發(fā)展，激光應(yīng)用已經(jīng)滲透到了各行各業(yè)，如農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車制造、材料加工及軍工儀表等19，進(jìn)而提高每個(gè)行業(yè)的自主創(chuàng)新能力，形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，提高技術(shù)

29、能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。 激光加工在制造業(yè)中有著不可或缺的地位，因其有優(yōu)于其它的加工技術(shù)。同時(shí)未來激光技術(shù)將圍繞技術(shù)普及、不斷提高、多學(xué)科交叉三個(gè)方面加快發(fā)展。首先，在更多加工的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用，隨著各種激光發(fā)射器及相關(guān)設(shè)備技術(shù)研制的成熟和市場(chǎng)化，激光在科學(xué)研究、人民生活、國民經(jīng)濟(jì)等方面都會(huì)有新的成就。其次，激光將躍上更新更高的臺(tái)階，在功率提升、波長(zhǎng)延伸、能量與速遞增長(zhǎng)等方面創(chuàng)新研發(fā)水平。另外，激光技術(shù)將在物理、化學(xué)、材料、生物、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的交叉學(xué)科應(yīng)用，成為科技前沿發(fā)展的“銳器”。20 面對(duì)日益增長(zhǎng)的巨大激光加工應(yīng)用市場(chǎng)和國際競(jìng)爭(zhēng)新格局，中國的激光和激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)必將有一個(gè)大的

30、發(fā)展，激光加工技術(shù)的發(fā)展，具有非常遼闊的市場(chǎng)遠(yuǎn)景21,在國民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著日益重要的作用Z激光加工有著傳統(tǒng)機(jī)械加工不具備的某些優(yōu)點(diǎn)，它的應(yīng)用也越來越廣泛。 參考文獻(xiàn)1 4.姚蔡翔.激光加工的原理、應(yīng)用現(xiàn)狀與展望J.山東工業(yè)技術(shù).2013(15):12-4.2.肖榮詩, editor 激光加工技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì). 第13屆全國特種加工學(xué)術(shù)會(huì)議; 2009; 中國江西南昌.3.朱萍.激光加工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望J.安徽科技.2013(01):50-1.5.徐秀瓊, 劉繼展, 李萍萍.激光切割技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用發(fā)展J.農(nóng)機(jī)化研究.2013(03):205-8.6.李少華, 康蓉娣.激光焊接技術(shù)及其應(yīng)用J.艦船防化.2011(04):32-6.7.周永飛, 趙海峰, 黃子強(qiáng).激光打標(biāo)系統(tǒng)及工藝研究J.電子設(shè)計(jì)工程.2011(02):126-9.8.蘇海軍, 尉凱晨, 郭偉, 馬菱薇, 于瑞龍, 張冰, et al.激光快速成形技術(shù)新進(jìn)展及其在高性能材料加工中的應(yīng)用J.中國有色金屬學(xué)報(bào).2013(06):1567-74.