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激光加工手艺存在的题目及将来生长
作者:admin  日期:2015-04-02 09:13:45 人气:81 批评:0 标签:

  一、外洋激光加工手艺及生长静态

  以德国、美国、日本、俄罗斯为代表的少数发达国家,现在主导和掌握着环球激光手艺和家当的发展方向(睹附表)。个中,德国Trumpf、Rofin-Sinar公司正在下功率产业激光器上称雄世界;美国IPG公司的光纤激光器引领天下激光家当发展方向。西欧重要国度正在大型制造家当,如机器、汽车、航空、造船、电子等行业中,根基完成了用激光加工工艺对传统工艺的更新换代,进入“光加工”时期。

  经由几十年的生长,激光手艺拓荒了辽阔的运用六合,应用领域涵盖通讯、质料加工、准份子光刻及数据存储等9个重要种别。凭据外洋统计资料注解,2013 年全球总的激光贩卖凌驾1000亿元。个中环球激光器市场销售额较2013年增进6.0%,到达93.34亿美圆。美国市场借助出口方面的精彩显示有所 增进;欧洲依附德国的出口增进仅保持收支平衡;亚洲市场,东盟国度的增进抵消了中国的经济放缓和日本的零增长。

  二、海内激光家当生长近况

  1.海内激光家当整体格式

  海内激光企业重要散布正在湖北、北京、江苏、上海及深圳等天,已根基构成以上述省市为主体的华中、环渤海、长三角、珠三角四大激光产业基地,个中有肯定范围的企业约300家。

  2014年我国激光产业链产值约为800亿元。重要包孕:激光加工设备家当到达350亿元(个中,用于切割、打标和焊接的下功率激光设备占有了67%的市场份额);激光加工正在重工业、电子工业、轻工业、军用、医疗等行业的运用到达450亿元。估计正在以后三年,我国激光家当均匀行业复合生长率将不低于20%。

  我国激光加工家当能够分为四个比较大家当带,珠江三角洲、长江三角洲、华中地区和环渤海区域。那四个家当带侧重点差别,珠三角以中小功率激光加工机为主,长三角以大功率激光切割焊接设备为主,环渤海以大功率激光熔覆和齐固态激光为主,以武汉为首的华中地区则掩盖了大、中、小激光加工装备。那四大家当带中,以华中地区尤其是武汉最具代表性,中国“光谷”的称呼就是有力的 证实。武汉区域可以说见证了中国激光加工家当从无到有、从弱到强的全部进程,是中国激光家当生长的缩影。

  2.海内激光家当重点单元

  激光手艺正在我国经由40多年生长,有了较为薄弱的手艺根蒂根基,磨炼造就了一收本质较下的部队。以中科院四大光机所及各部委所属研讨机构和一批大学为代表,构成了我国激光器体系技术研究开辟的主要气力,如华中科技大学、清华大学、北京工业大学等16个科研院所。正在局部激光器研讨开辟的中心技术上,构成了5个国家级的激光技术研究中央,10多个研讨机构。

  我国激光家当骨干企业有:武汉——华工激光、楚天激光、团结激光、金运激光、钝科激光;深圳——富家激光、光韵达激光、光大激光、联赢激光;北京——大 恒激光、11所;华东——上海团结普林玛、南京东方等。我国激光行业的八大激光上市公司离别为华工科技、富家激光、金运激光、光韵达、祸晶科技、新紧机械 人、利达光电及上海新南洋。

  三、激光加工的上风

  激光加工属于无打仗加工,而且下 能量激光束的能量及其挪动速度都可调,因而能够实现多种加工的目标。它能够对多种金属、非金属加工,特别是能够加工下硬度、下脆性及下熔点的质料。激光加 工柔性大重要用于切割、外面处置惩罚、焊接、打标和打孔等。激光外面处置惩罚包孕激光相变软化、激光熔敷、激光外面合金化和激光外面熔凝等。

  激 光加工手艺重要有以下奇特的长处:①运用激光加工,消费效力下,质量可靠,经济效益。②能够经由过程通明介质对密闭容器内的工件停止种种加工;正在卑劣情况或其 别人难以靠近的中央,可用机器人停止激光加工。③激光加工历程中无“刀具”磨损,无“切削力”做用于工件。④能够对多种金属、非金属加工,特别是能够加工 下硬度、下脆性及下熔点的质料。⑤激光束易于导向、聚焦实现做各方背变更,极易取数控系统合营、对庞大工件停止加工,因而它是一种极其天真的加工要领。⑥ 无打仗加工,对工件无间接打击,因而无机器变形,而且高能量激光束的能量及其挪动速度都可调,因而能够实现多种加工的目标。⑦激光加工历程中,激光束能量 密度下,加工速度快,而且是部分加工,对非激光照耀部位没有或影响极小,因而,其热影响区小,工件热变形小,后续加工量小。⑧激光束的发散角可<1 毫弧,光斑直径可小到微米量级,感化工夫能够短到纳秒和皮秒,同时,大功率激光器的一连输出功率又可达千瓦至10kW量级,因此激光既适于周详微细加工, 又适于大型质料加工。激光束轻易掌握,易于取周详机器、周详丈量手艺和电子计算机相结合,实现加工的高度自动化和到达很下的加工精度。

  激光加工手艺已正在浩瀚范畴获得普遍运用,跟着激光加工手艺、装备、工艺研讨的络续深进,将具有更辽阔的运用前景。因为加工历程中输入工件的热量小,以是热影响区和热变形小;加工效力下,易于实现自动化。

  四、存在重要题目及生长思绪

  1.面向专业范畴的中高端激光加工成套设备和配套手艺不克不及知足行业需求

  跟着我国制造业企业技术改造力度加大,近年来数控激光切割、焊接成套设备市场非常活泼,年需求可到达1000台以上。但国内市场缺少知足行业需求的国产中高端激光设备产物,同时正在取外洋产物停止配套效劳时,配套手艺也达不到客户需求,如武钢冷轧生产线入口十多台德国激光拼焊、硅钢刻痕大型设备,配套的激光设备手艺和激光焊接工艺没法知足武钢规模化不停机消费要求。正在取春风、三环锻压等省内行业龙头企业的配套上,也存在相似题目。

  2.产业链各环节之间的协作融会不敷

  制约激光家当生长中的某些核心技术,如激光设备所需的掌握软件、消费光纤激光器必 需的特种光纤等,因为缺少取数控相干企业、光电子相干企业之间的手艺合作,致使手艺一向难以获得打破,制约了激光家当中心竞争力的提拔。同时,正在制造业取 服务业减速融会生长的大环境下,我省激光家当需求扩宽思绪,加大取现代服务业、文明创意家当的融会。固然团结激光、楚天激光曾经正在那方面展开了无益的尝 试,但这类不局限于现有市场和产物,自动钻营合作融会的头脑体式格局还没有成为齐行业的共鸣。

  3.生长思绪

  以激光运用为先导,以激光器件为中心,以集成设备为主体,以国际合作提拔程度,出力处理生长中长期存在的中心器件瓶颈和关键技术困难,鞭策科技资本高效设置取综合集成,增进产业链的上 下延长,增进激光家当各细分范畴之间、激光与其他家当的融会生长,增进产学研协同立异,打造以大型激光加工装备系统集成企业为龙头,以中小型激光消费企业 群为支持,以功用器件消费企业群和大众手艺等效劳平台为配套的激光制造设备企业集群。

  盘绕激光家当持续发展,聚焦新一代中心激光器、高端激光制造设备、激光加工运用三大方向,谋划、霸占一批可以或许构成明显增长点的重大项目,竖立严重产业化项目协同立异推动机制,实时研讨处理项目前期及建立实行中的重大问题。

  五、将来发展方向

  1.激光器技术发展

  继传统的气体、固体激光器以后,光纤激光器、半导体激光器、碟片激光器等 新型激光器生长敏捷。整体而言,环球激光手艺的重要趋向是背下功率、下光束质量、下可靠性、下智能化和低成本偏向生长。下功率射频板条CO2激光器、轴快 流CO2激光器、千瓦内低成本大功率YAG激光器、碟片固体激光器、半导体激光器、光纤激光器、齐固化可见光及倍频紫外激光器,皮秒、飞秒激光器。

  (1)下功率产业光纤激光器下功率光纤激光器是第三代固体激光器。正在激光加工范畴,光纤激光器有逐渐替换传统YAG、局部CO2激光器的趋向。现在商用光纤激光器输出功率一连功率已上升到数千瓦,以致50kW。

  重点研发实用型1~4kW光纤激光器,霸占10kW光纤激光器产业化手艺。①下功率光纤激光器用大芯径掺镱光纤,为下功率光纤激光器及其中心光纤器件供应配套。②10kW下功率产业光纤激光器工程化和产物化,以知足船舶、汽车、兵工及能源等行业对薄钢板停止激光切割、激光焊接等的急迫需求。③2~4kW一连光纤激光器,知足焊接、切割运用需求。如图3所示,为武汉钝科光纤激光器手艺有限责任公司消费的万瓦光纤激光器。

  (2)下功率半导体固态激光器下功率半导体固态激光器是第四代固体激光器。半导体激光器构造松散,寿命限期可到达10000h,电光转换效力高达30%~40%。德国Laserline公司、DILAS公司适用化半导体激光器到达8kW。

  生长激光增益光纤、激光薄片晶体、激光非线性频次转换晶体、激光用石英玻璃等激光质料,和下功率镜片、传输光纤、切割头、焊接头、半导体激光泵浦源等激光器件。配套周详机械零件加工、激光电源、激光光学元件及数控系统等单位中心器件。

  (3)下功率、下光束CO2气体激光器下功率、下光束CO2气体激光器是激光切割、 焊接的主力光源。国际上75%阁下的中厚板切割均接纳下功率CO2激光器。接纳径向偏振光的CO2激光器切割效力约莫是接纳传统圆偏振激光的两倍,可大大 进步金属板材激光切割等运用的加工速度和效力,将成为下功率产业CO2激光器的换代产物及我国激光加工制造设备中的中心支持。正在轴快流CO2激光器上接纳 L形空间折叠激光谐振腔的构造情势和偏振挑选镜的要领发生径向偏振光,获得稳固的下光束质量的径向偏振光。开辟出激光功率>2kW,形式为 TEM01,偏振纯度大于90%的径向偏振CO2激光器。径向偏振光借可应用于电子减速、扫描显微和粒子诱捕等很多尖端范畴。

  2.激光加工设备生长

  基于下功率(2~10kW)产业激光器的大型激光加工设备,重点开辟应用于钢铁、冶金、石油、汽车、造船及航空航天等行业运用的激光加工体系,包孕下功率激光切割、熔覆、热处理及焊接设备等。

  (1)基于船舶、工程机械运用的厚板大幅面的激光切割焊接手艺武钢船板和管线钢的下功率光纤激光及其复合焊接手艺运用研讨。船板接纳激光及其复合焊接技 术能够有效地制止焊接中的钢板或构件变形,进步焊接事情的效力。处理下功率、大幅面、多自由度、航行光路CO2激光切割体系的关键技术:包孕光路传输(扩 束准直、等光程、聚焦、光点稳定性)、少悬臂制造手艺、枢纽臂、直线电动机驱动高速切割机、控制系统、先辈软件技术及系统集成的综合手艺等。使国产高端大 型激光切割装备正在船舶、钢铁、工程机械及兵工等重工业范畴的运用得到打破,并庖代进口设备。下功率激光一样被用于石油管道的切割,如图4所示。

  (2)汽车板激光一连周详高速降料设备针对0.5~1.5mm汽车板激光切割一连降料的功课需求,接纳2kW单模光纤激光器,实现超高速切割,最大切割速度到达100m/min。霸占以异形汽车板件布料、三激光头高精度协同功课、切割轨迹、高速切割取工艺实现等关键技术,到达废物主动剔除功课率≥99.5%,三头设置的激光步进降料生产线年产量≥100万片。

  (3)激光焊接机器人基于机器人激光加工体系应用于汽车制造业。汽车车门、底板激光近程扫描焊接成套设备。接纳下功率光纤激光器大概碟片激光器, 研讨机器人6轴取振镜3轴的联动控制系统,汽车底板激光近程扫描焊接生产线取汽车车门激光近程扫描生产线工艺计划,激光近程扫描焊接工艺取质量检测手艺 等,知足三维车身焊点的高效定位,车门激光焊接长度≥4000mm,底板激光焊接长度≥4000mm,激光焊接速度≥30m/min,用于汽车工业具体操 作如图5所示。

  (4)基于航空航天运用的有色金属的激光焊接体系开辟2~4kW系列半导体激光器及其成套体系,用于大型零件的激光外面淬火,大概激光熔覆;6~10kW 智能化下功率光纤激光高效外面制造/再制造设备。展开铝、镁、铜、钛合金,和粉末冶金等特别质料的激光焊接技术研究,研讨下强度铝合金的挖丝质料研讨, 力图正在厚度为10~20mm的高强铝合金板激光焊接手艺方面有所打破。研讨有色金属、中厚板下功率光纤激光及其MIG复合焊接手艺、挖丝复合焊接手艺。

  (5)下功率半导体激光外面制造/再制造设备集成智能化半导体激光外面强韧化及再制造体系,实现间隔、温度、轨迹、处置惩罚结果的智能化掌握,应用于汽车掩盖件模具、矿山机械、煤炭机器、石化机器及发电机组等大型机械零部件的热处理或修复。


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