作為20世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主要標(biāo)志和現(xiàn)代信息社會光電子技術(shù)的支柱之一,激光技術(shù)和激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到世界先進國家的高度重視。
激光切割加工是國外激光應(yīng)用中最大的項目,也是對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造的重要手段,主要是kW級到10kW級CO2激光器和百瓦到千瓦級YAG激光器實現(xiàn)對各種材料的切割、焊接、打孔、刻劃和熱處理等。
激光切割加工應(yīng)用領(lǐng)域中,CO2激光器以切割和焊接應(yīng)用最廣,分別占到70%和20%,表面處理則不到10%。而YAG激光器的應(yīng)用是以焊接、標(biāo)記50%和切割15%為主。在美國和歐洲CO2激光器占到了70~80%。我國激光加工中以切割為主的占10%,其中98%以上的CO2激光器,功率在1.5kW~2kW范圍內(nèi),而以熱處理為主的約占15%,大多數(shù)是進行激光處理汽車發(fā)動機的汽缸套。這項技術(shù)的經(jīng)濟性和社會效益都很高,故有很大的市場前景。
在汽車工業(yè)中,激光切割加工技術(shù)充分發(fā)揮了其先進、快速、靈活地加工特點。如在汽車樣機和小批量生產(chǎn)中大量使用三維激光切割機,不僅節(jié)省了樣板及工裝設(shè)備,還大大縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期;激光束在高硬度材料和復(fù)雜而彎曲的表面打小孔,速度快而不產(chǎn)生破損;激光焊接在汽車工業(yè)中已成為標(biāo)準(zhǔn)工藝,日本Toyota已將激光用于車身面板的焊接,將不同厚度和不同表面涂敷的金屬板焊接在一起,然后再進行沖壓。雖然激光熱處理在國外不如焊接和切割普遍,但在汽車工業(yè)中仍應(yīng)用廣泛,如缸套、曲軸、活塞環(huán)、換向器、齒輪等零部件的熱處理。在工業(yè)發(fā)達國家,激光切割加工技術(shù)和計算機數(shù)控技術(shù)及柔性制造技術(shù)相結(jié)合,派生出激光快速成形技術(shù)。該項技術(shù)不僅可以快速制造模型,而且還可以直接由金屬粉末熔融,制造出金屬模具。
到了80年代,YAG激光器在焊接、切割、打孔和標(biāo)記等方面發(fā)揮了越來越大作用。通常認(rèn)為YAG激光器切割可以得到好的切割質(zhì)量和高的切割精度,但在切割速度上受到限制。隨著YAG激光器輸出功率和光束質(zhì)量的提高而被突破。YAG激光器已開始擠進kw級CO2激光器切割市場。YAG激光器特別適合焊接不允許熱變形和焊接污染的微型器件,如鋰電池、心臟起搏器、密封繼電器等。YAG激光器打孔已發(fā)展成為最大的激光加工應(yīng)用。
目前,國外激光打孔主要應(yīng)用在航空航天、汽車制造、電子儀表、化工等行業(yè)。激光打孔的迅速發(fā)展,主要體現(xiàn)在打孔用YAG激光器的平均輸出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。打孔峰值功率高達30~50kw,打孔用的脈沖寬度越來越窄,重復(fù)頻率越來越高,激光器輸出參數(shù)的提高,很大程度上改善了打孔質(zhì)量,提高了打孔速度,也擴大了打孔的應(yīng)用范圍。國內(nèi)目前比較成熟的激光打孔的應(yīng)用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產(chǎn)及手表寶石軸承的生產(chǎn)中。
目前激光切割加工技術(shù)研究開發(fā)的重點可歸納為
新一代工業(yè)激光器研究,目前處在技術(shù)上的更新時期,其標(biāo)志是二極管泵浦全固態(tài)激光器的發(fā)展及應(yīng)用;精細(xì)激光切割加工,在激光切割加工應(yīng)用統(tǒng)計中微細(xì)加工1996年只占6%,1997年翻了一倍達12%,1998年已增加到19%;加工系統(tǒng)智能化,系統(tǒng)集成不僅是加工本身,而是帶有實時檢測、反饋處理,隨著專家系統(tǒng)的建立,加工系統(tǒng)智能化已成為必然的發(fā)展趨勢。
激光技術(shù)在我國經(jīng)過30多年的發(fā)展,取得了上千項科技成果,許多已用于生產(chǎn)實踐,激光切割加工設(shè)備產(chǎn)量平均每年以20%的速度增長,為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造、提高產(chǎn)品質(zhì)量解決了許多問題,如激光毛化纖技術(shù)正在寶鋼、本鋼等大型鋼廠推廣,將改變我國汽車覆蓋件的鋼板完全依賴進口的狀態(tài),激光標(biāo)記機與激光焊接機的質(zhì)量、功能、價格符合國內(nèi)目前市場的需求,市場占有率達90%以上。