激光加工技術(shù)國內外發(fā)展趨勢分析

激光加工是國外激光應用中最大的項目，也是對傳統產(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(shí)現對各種材料的切割、焊接、打孔、刻劃和熱處理等。

激光加工應用領(lǐng)域中，CO2激光器以切割和焊接應用最廣，分別占到70%和20%，表面處理則不到10%。而YAG激光器的應用是以焊接、標記（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，而以熱處理為主的約占15%，大多數是進(jìn)行激光處理汽車(chē)發(fā)動(dòng)機的汽缸套。這項技術(shù)的經(jīng)濟性和社會(huì )效益都很高，故有很大的市場(chǎng)前景。

在汽車(chē)工業(yè)中，激光加工技術(shù)充分發(fā)揮了其先進(jìn)、快速、靈活地加工特點(diǎn)。如在汽車(chē)樣機和小批量生產(chǎn)中大量使用三維激光切割機，不僅節省了樣板及工裝設備，還大大縮短了生產(chǎn)準備周期；激光束在高硬度材料和復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(chē)工業(yè)中已成為標準工藝，日本Toyota已將激光用于車(chē)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(jìn)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(chē)工業(yè)中仍應用廣泛，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，激光加工技術(shù)和計算機數控技術(shù)及柔性制造技術(shù)相結合，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。

YAG激光器在焊接、切割、打孔和標記等方面發(fā)揮了越來(lái)越大作用。通常認為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(zhù)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(kāi)始擠進(jìn)kw級CO2激光器切割市場(chǎng)。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用。

目前，國外激光打孔主要應用在航空航天、汽車(chē)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(lái)越窄，重復頻率越來(lái)越高，激光器輸出參數的提高，很大程度上改善了打孔質(zhì)量，提高了打孔速度，也擴大了打孔的應用范圍。國內目前比較成熟的激光打孔的應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。

目前激光加工技術(shù)研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)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(shí)期，其標志是二極管泵浦全固態(tài)激光器的發(fā)展及應用；加工系統智能化，系統集成不僅是加工本身，而是帶有實(shí)時(shí)檢測、反饋處理，隨著(zhù)專(zhuān)家系統的建立，加工系統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(guò)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(shí)踐，激光加工設備產(chǎn)量平均每年以20%的速度增長(cháng)，為傳統產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造、提高產(chǎn)品質(zhì)量解決了許多問(wèn)題，如激光毛化纖技術(shù)正在寶鋼、本鋼等大型鋼廠(chǎng)推廣，將改變我國汽車(chē)覆蓋件的鋼板完全依賴(lài)進(jìn)口的狀態(tài)，激光標記機與激光焊接機的質(zhì)量、功能、價(jià)格符合國內目前市場(chǎng)的需求，市場(chǎng)占有率達90%以上。

存在的主要問(wèn)題

科研成果轉化為商品的能力差，許多有市場(chǎng)前景的成果停留在實(shí)驗室的樣機階段；激光加工系統的核心部件激光器的品種少、技術(shù)落后、可靠性差。國外不僅二級管泵浦的全固態(tài)激光器已用于生產(chǎn)過(guò)程中，而且二級管激光器也被應用，而我國二極管泵浦的全固態(tài)激光器還處在剛開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)階段。對加工技術(shù)的研究少，尤其對精細加工技術(shù)的研究更為薄弱，對紫外波激光進(jìn)行加工的研究進(jìn)行的極少。激光加工設備的可靠性、安全性、可維修性、配套性較差，難以滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)的需要。

“十五”的主要工作是促進(jìn)激光加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，保持激光器年產(chǎn)值20%的平均增長(cháng)率，實(shí)現年產(chǎn)值200億元以上；在工業(yè)生產(chǎn)應用中普及和推廣加工技術(shù)，重點(diǎn)完成電子、汽車(chē)、鋼鐵、石油、造船、航空等傳統工業(yè)應用激光技術(shù)進(jìn)行改造的示范工程；為信息、材料、生物、能源、空間、海洋等六大高科技領(lǐng)域提供嶄新的激光設備和儀器。

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