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CO2激光在工业领域的发展和应用(下)

更新时间:2008-7-24 22:59:00

   2.3 高功率(大于1600瓦)CO2激光的应用

    大于1600瓦的高功率CO2激光,主要被应用在金属焊接和表面处理上,在工业先进国家已逐渐被国防、汽车和航天工业里一些特殊领域所采用。但早期高功率激光的价位比较高,加上这一方面的技术养成训练有限,所以除了国防上、一些大学和研究单位有这一方面的应用外,民用工业较少引进此类高功率CO2激光。最近三、四年引进很多,主要应用于各项钣金切割,使加工速度更快、更有弹性。观之未来的发展趋势,高功率CO2激光在焊接和表面处理上的应用,必定会被工业界逐步接受并采用。

   2.3.1激光焊接

    利用高能量密度激光束,将工件材料熔融而焊接在一起,可以使焊件热影响区与变形量均降至最低,且无需使用焊剂或作异种材料,其接合强度特别牢固。汽车里面有很多零部件,若一体成型难度很大,但若将其分开成型再焊接成一体,则能减小生产难度并降低成本。在焊接时为了减少对原成型工件的热影响,常用激光来快速焊接,这是一个非常有潜力的加工市场。因此在汽车工业中许多零部件接合时普遍采用激光焊接,如导螺杆制造厂商采用激光焊接导螺杆前端的固定座;汽车厂用激光来焊接不同厚度的两块钢板,再压轧成型以降低生产成本;另外汽车引擎开发案中也有部份地方采用激光焊接加工。国内在这一方面的加工应用尚少,目前仅有几家专门生产国外汽车零部件的OEM厂商,引进CO2激光加工设备焊接汽车内不锈钢滤油杯,生产速度变快,产品质量好,单价因而提高。

    2.3.2激光硬面处理

    利用高功率激光束,将欲硬面处理的工件底材表面熔融一薄层,藉此一熔融层与硬面合金材料交互熔融成一冶金键结(Metallurgy Bonding),达到硬面处理的效果。

3、工业CO2激光使用中的问题

    激光加工属于新进的加工技术,即使在工业先进国家,激光加工被工业界较普遍接受并有所发展,也是近十几年的事。国内工业界直到这几年才比较普遍接受激光加工应用,并引进和制造较多的激光加工设备。所以在激光设备的了解、激光加工经验的累积和激光加工应用范围的拓展等方面,都尚有待加强。大部分激光厂商或加工业者,在引进激光加工应用的过程,都会面对一些与传统加工方式不同的问题。加工应用的不同,加工机器的不同,遇到的问题也不同,但大致上可归纳出下列几点。

    3.1维修保养

    CO2激光应用广泛、市场庞大、发展快速,算是比较成熟的激光产品,但是比起一般传统的加工机械,CO2激光加工设备发展时间还算短暂,其主要结构还在快速换新,加上激光设备中许多光学组件常需要作精密调整、保养维修或更新,而相关之技术人员有限,所以大部分激光加工业者,多多少少都碰到一些保养维修问题。尤其是早期,国内激光市场有限,一般代理商可能好几年才进口一两部激光加工设备,代理商未必愿意专为此培养维修人员,况且工作人员的流动,加上激光维修技术的养成并非容易。所以只要激光系统使用一段时日,就会碰到找不到人保养维修的问题,一旦遇有小问题就要远从国外请原厂技术人员来修护,不但花费高而且拖延时日;有的甚至机器进口后,代理商就无法让其正常工作。 最近几年随着国内激光市场的快速成长,代理商规模越来越大,甚至国外厂商直接在国内设立分公司,并长期派驻技术人员,而且CO2激光的发展也日趋成熟,故障和维修问题减少很多。但是一般生产在线或代工业者所使用的激光机器,仍然最怕故障停机,若是小问题,可能一两天就解决,碰到大问题,如电极板更换、主要机件故障等,可能要等到原厂技术人员或国外寄来零部件,旷日费时。所以许多工厂都至少购买两部激光加工机,或事先跟同行协商好,必要时作互相支持。

    3.2机器设备成本太高

    早期使用的CO2激光加工机,皆由国外进口,一部较高功率加工用CO2激光机器动则上千万。近几年来,国内已有自己开发组装的加工机,促使进口的CO2激光加工机价位降低不少。但成套加工配备,也须花上几百万到近一千万元间,尤其五轴立体加工机或复合式加工机价位更高,这影响到产业界的投资购买意愿,也影响到加工成本,间接阻碍了激光加工对象和范围的拓展。

 3.3技术人员养成

    激光的操作使用毕竟不同于传统的加工设备,一般需要一定程度的技术人员,厂商需自己培训,在工人流动性频繁的情况下,操作技术人员的养成和经验之积累实在不容易。而一位对激光设备不熟悉、经验有限的技术人员,将无法把激光设备的特有功能发挥到极限,也会常发生下述现象:加工品质不良、加工速度太慢、不懂保养机器、机器故障连连、减短机器寿命、机器耗材严重等。

    3.4耗材费用高

    CO2激光加工机运转时,须要消耗氦气和大量的氧气,提高了激光加工成本,所以在投资购买机器时,须考虑该机器的气体消耗量。另外操作技术的好坏、定期保养与否,也会影响到光学镜片和高压零部件等的消耗量,而这些部件售价都很高。目前CO2激光加工机数量增多,也促使一些消耗器材、光学组件和高压零部件的价格降低.

    3.5特殊加工制程的开发

    CO2激光的切割应用,加工技术较单纯,加工条件也较容易掌握,一般说来没有工艺上的问题。但比较特殊的激光加工技术或加工材料如:焊接、硬面处理、立体加工和陶瓷加工等,加工业者必须先作熟悉加工的特殊工艺,掌握加工条件,以及自动进料﹑夹具等的配合,这并非一般业者能力所及,在这些问题未能充分掌握和解决之前,投资动则数百万的激光设备,对大部分中小企业来说困难很大。而以前能够协助业者作这方面技术开发的机构一直缺乏,影响了激光特种加工应用市场的开展。

    3.6工作环境不良

    CO2激光机器内有许多的光学和高压零部件,是比较脆弱的机器,需要在良好工作环境中操作使用,否则容易污损而出现故障。但是传统工厂有很多不重视工作环境的改善,空间小而杂乱、湿气重、灰尘多、电源电压不稳、冷却水质差等,这些都会影响激光设备的使用效果和寿命。

4、工业CO2激光应用展望

    激光加工是未来材料加工应用发展的趋势之一,而CO2激光加工一直占激光材料加工中最主要的地位,世界激光市场也以CO2激光机器为主力,约占全部的七成左右,每年以百分之十左右的速度增长。近几年来,随着国际和国内整体产业环境的改变,在产业水准提升、专业人员缺乏、自动化需求增加、产品附加价值和加工质量有待提高的压力下,激光加工应用已逐渐被国内产业界接受并采用。由于起步较晚,短期内可维持较高的激光市场增长率,加工应用的市场潜力也很大。但产业界和工业CO2激光的使用者,仍然有许多问题需要去解决,尤其在相关技术人员的养成训练和新的加工应用领域开拓这两方面,更须下大力气。激光激光的前景是广阔的,激光加工手段的不断进步必将带来材料加工领域的一次革命。

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