激光打孔(Laser Holing)是最早達(dá)到實(shí)用化的激光加工技術(shù),也是激光加工的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。激光加工通常采用脈沖激光,能量密度為 107~109W/cm2,作用時(shí)間為10-3~10-4s ,最小能加工1m的小孔。與其他加工方法如機(jī)械加工、電火花加工等常規(guī)打孔方法相比有以下優(yōu)點(diǎn):1)激光打孔速度快、效率高、經(jīng)濟(jì)效益的(與數(shù)控工作臺(tái)配合,較之機(jī)械加工、電火花加工等方法,孔加工效率可提高10~1000倍);2)激光打孔可獲得大的深徑比(如在淬大模具鋼工加工直徑為0.6mm的孔,深徑比可達(dá)28:1);3)激光打孔可在硬、脆、軟等各類材料上進(jìn)行,不受材料硬度、剛性、強(qiáng)度和脆性等機(jī)械性能的影響,適合于金屬和難以加工的非金屬材料(如陶瓷、人造金鋼石等)和復(fù)合材料;4)激光加工無工具損耗,適合于數(shù)量多、高密度的群孔加工以及在難加工材料的傾斜面上加工小孔。
目前,隨著各種新的復(fù)合材料和其他具有特殊性能的材料推廣,摩托車上勢(shì)必將更多地采用。用傳統(tǒng)的加工方法加工這些新型材料較之加工一般鋼材就困難得多了,這就給激光打孔技術(shù)提供了用武之地。如日本采用纖維增強(qiáng)陶瓷制作二沖程風(fēng)冷陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī),其體積縮小了40%,重量減少20%,燃料節(jié)省30%~50%,發(fā)熱效率提高20%,功率提高30%,壽命可延長(zhǎng)一倍以上。而這種發(fā)動(dòng)機(jī)的陶瓷缸蓋上的小孔直徑為0.50.02mm,是在YAG激光打孔機(jī)(電壓為1560V、電感為2.4mH,焦距為50.5mm、脈沖次數(shù)為3次/秒)上完成加工的。
激光焊接
激光焊接(Laser Welding)有兩種基本形式,即熱導(dǎo)焊和深熔焊。熱導(dǎo)焊(Conduction-limited Welding)是依靠熱傳導(dǎo)形成一定體積的熔池來實(shí)現(xiàn)焊接,所需功率密度為105~106W/cm2。而深熔焊(Deep Penetration Welding)所需激光束功率密度達(dá)106~107/cm2,焊接時(shí)由于材料瞬時(shí)氣化而形成圓孔空腔,隨著激光軸和工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)使小孔周邊金屬不斷熔化、流動(dòng)、封閉、凝固形成連續(xù)焊縫。高功率激光焊接大多屬于深熔焊。
激光焊接與傳統(tǒng)焊接方式比較有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì):1)能量密度高、焊接速度快、焊接質(zhì)量高(深寬比可達(dá)2~12)、焊縫組織致密、強(qiáng)度高;2)熱影響壓力、焊后材料變形力;3)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,提高生產(chǎn)率;4)可焊接難以接近部位,施行遠(yuǎn)距離焊接;5)與數(shù)控工作臺(tái)配合,可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面和薄壁異形管的焊接;6)無污染與任何腐蝕;7)激光還可用于不同品位、異種金屬之間的焊接。如鍍鋅薄板與厚鋼板、球墨鑄鐵與鋼、不銹鋼與碳鋼和低合金鋼、鋼與銅、鋼與鋁、鋼與钅泉、鋁與銅、鋁與鉛等材料之間的焊接。
美國通用汽車公司已將3000多個(gè)零件使用激光焊接。西德大眾汽車公司用CO2激光焊接轎車底板,焊接全自動(dòng)化,焊縫長(zhǎng)達(dá)1.95m,板厚0.9mm,熱影響區(qū)為1mm,焊縫光滑平整、強(qiáng)度好于母材,焊接單件時(shí)間僅為20S。日本汽車廠家用激光焊接車門內(nèi)板毛坯,由于改變了排樣方式,廢品率下降14%,材料利用率提高了10%。油箱等采用激光焊接,翻邊搭接尺寸可以減少2/3以上,結(jié)構(gòu)重量減輕,結(jié)合強(qiáng)度較點(diǎn)焊可提高4倍左右。采用激光焊接還可優(yōu)化構(gòu)件材料,即根據(jù)構(gòu)件受力情況及結(jié)構(gòu)要求,采用不同厚度、不同等級(jí)的鋼板,用激光焊接拼成所需的板材,再進(jìn)行成型,可大大節(jié)省材料,降低成本,同時(shí)也保證了質(zhì)量。1993年,我國第一汽車廠和武漢理工大學(xué)對(duì)多聯(lián)出輪進(jìn)行了激光焊接,焊縫深度達(dá)4mm,既節(jié)省了毛坯材料、簡(jiǎn)化工藝,又減小了齒輪所占空間尺寸,裝機(jī)試驗(yàn)效果良好。1996年湖南大學(xué)成功地將金鋼石刀尖與合金鋼刀體進(jìn)行激光焊接,為我國金鋼石鋸片打入國際市場(chǎng)作出了貢獻(xiàn)。此外,激光還可用于工具鋼片的鋸齒部和碳鋼的鋸背焊接,既保證了切割齒硬度及刀體部的韌性,又節(jié)省了優(yōu)質(zhì)鋼。
激光焊接技術(shù)作為特殊的焊接工藝正逐步地在汽車、航天、電器等工業(yè)領(lǐng)域得到推廣和使用。而在摩托車構(gòu)件中,板件和管件應(yīng)用也很多,如車架組成(前護(hù)罩、車箱體)、主訂車架、擱腳板組、燃油箱、后貨架組、腳踏板、前后檔泥板等,均可在工藝設(shè)計(jì)時(shí)采用激光焊接。激光焊接配合激光熔覆和合金化技術(shù)可用于摩托車零件加工所需的沖裁、壓鑄、注塑等模具的修復(fù),以提高模具的使用壽命。
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