激光加工技术及其应用详述

激光束具有单色性好、能量密度高、空间控制性和时间控制性良好等一系列优点 , 目前它已广泛应用于材料加工等领域。激光加工的行业包括汽车制造、航天航空、电子、化工、包装、医疗设备等。与计算机数控技术相结合 , 激光加工技术已成为工业生产自动化的关键技术 , 拥有普通加工技术所不能比拟的优势。例如激光加工为非接触式加工、速度快、无噪声、可实现各种复杂形状的高精度加工目的 , 且无通常意义上的 " 刀具 " 磨损 , 无需更换 " 刀头 " 。我国激光加工市场前景广阔 , 预计平均每年以 20-30% 的速率递增。

一、激光焊接塑料

1. 激光焊接塑料的优点随着塑料在汽车、医疗设备及电子等行业的零部件设计、制造上日趋广泛的使用大功率光纤激光塑料焊接系统可完全满足塑料制品的加工过程中快速有效干净的塑料的使用 , 大功率光纤激光塑料焊接系统可完全满足塑料制品的加工过程中快速、有效、干净的塑料焊接方式。

目前国内市场上普遍使用的塑料焊接技术主要有振动摩擦焊接、热板式塑料焊接及超声波焊接等。主要用于连接敏感性塑料制品 ( 含有线路板 ) 、具有复杂几何形状的塑料件以及有严格洁净要求的塑料制品 ( 医药设备 ) 等等。光纤激光焊接塑料技术主要有以下几方面的优点：

(1) 能生成精密、牢固和密封 ( 不透气和不漏水 ) 的焊接 , 树脂降解少、产生的碎屑少。

(2) 易于控制 , 具有良好的适应性 , 可焊接尺寸小或外形结构复杂的工件。

(3) 极大地减小了制品的振动应力和热应力。

(4) 能够将许多种类不同的材料焊接在一起。激光塑料焊接技术在欧美等发达国家已经得到了一定的应用 , 我国在这方面尚是空白。

2. 塑料激光焊接用的焊接方法

激光焊接塑料的基本原理是 , 两种塑料在低压力下被夹紧在一起 , 激光穿过一个制品 , 然后被另外一个制品吸收 , 吸收激光能量的制品将光能转化为热能 , 在塑料的接触面熔化 , 形成一个焊接区。

常用的焊接方法主要有：

a. 激光束沿着焊缝处快速扫描 , 达到焊接的目的。

b. 通过光学元件将激光束整形 , 同时在焊缝处产生热量。

c. 照射掩膜焊接 , 激光束仅加热制品上没有被掩膜遮住的部分 , 可以快速焊接复杂的焊缝。

d. 激光束固定 , 塑料工件置于受程序控制的多维可移动的工作台上。

三、大功率光纤激光器在船舶制造业中的应用

1. 激光加工技术在造船工业中应用的优势
造船工业中激光加工主要优点：

(1) 船舰载重量日益坛加 , 要求使用非常薄的平板 , 激光焊接避免了加工时的热影响 ;

(2) 激光可以采用光纤等灵活的输出方式 , 因此甲板、船体等大表面尺寸的工件加工可以不受工作台尺寸的影响。

(3) 力日工非接触 , 速度快 , 边缘光滑 , 高度自动化 , 大大降低造船成本及时间。

2. 国内外的发展现状

欧美及日本主要的大型船厂已大量采用激光加工技术。目前美国、欧洲等地区正在进行大功率光纤激光工业加工设备的开发 , 正在开发的有 2KW 、 6KW 输出的工业级光纤激光器的加工设备的二次开发。我国已开发出了中小功率系列工业光纤激光设备 , 但大功率光纤激光器工业加工应用尚是空白 , 在我国造船工业中几乎还没有使用激光加工技术。

3. 大功率光纤激光器在船舶制造业中的优势及展望

光纤激光器是近几年激光领域里极其关注的热点，在加工领域光纤激光器有迅速替代传统的 YAG 、 C02 激光器的趋势。人们普遍认为 , 大功率光纤激光器将是第三代最先进的工业加工激光器

光纤激光器具有许多独特的优点 , 光束质量好 ; 体积小 , 重量轻 , 免维护 ; 风冷却简单易操件 ; 运行成本低 , 可在工业环境下使用 ; 寿命长加工精度高、速度快 ; 电能转化效率高 , 可以实现智能化、自动化、柔性化操作等。基于上述的优点 , 其应用领域已经扩展到汽车制造、船舶制造和航空制造业等的金属和非金属材料的激光切割、激光焊接等方面。

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