激光加工技術(shù)

激光是本世紀(jì)的重大發(fā)明之一，具有巨大的技術(shù)潛力，專家們認(rèn)為，現(xiàn)在是電子技術(shù)的全勝

忖期，其主角是計(jì)算機(jī)，下一代將是光技術(shù)時(shí)代，其主角是激光。激光因具有單色性、相干

性和平行性三大特點(diǎn)，特別適用于材料加工。激光加工是激光應(yīng)用最有發(fā)展前途的領(lǐng)域，國

外已開發(fā)出20多種激光加工技術(shù)。激光的空間控制性和時(shí)間控制性很好，對加工對象的材

質(zhì)、形狀、尺寸和加工環(huán)境的自由度都很大，特別適用于自動化加工。激光加工系統(tǒng)與計(jì)算

機(jī)數(shù)控技術(shù)相結(jié)合可構(gòu)成高效自動化加工設(shè)備，已成為企業(yè)實(shí)行適時(shí)生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，為優(yōu)

質(zhì)、高效和低成本的加工生產(chǎn)開辟了廣闊的前景。

一、激光加工技術(shù)的應(yīng)用

目前已成熟的激光加工技術(shù)包括：激光快速成形技術(shù)、激光焊接技術(shù)、激光打孔技術(shù)、

激光切割技術(shù)、激光打標(biāo)技術(shù)、激光去重平衡技術(shù)、激光蝕刻技術(shù)、激光微調(diào)技術(shù)、激光存

儲技術(shù)、激光劃線技術(shù)、激光清洗技術(shù)、激光熱處理和表面處理技術(shù)。

激光快速成形技術(shù)集成了激光技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)和材料技術(shù)的最新成果，根據(jù)零件

的CAD模型，用激光束將光敏聚合材料逐層固化，精確堆積成樣件，不需要模具和刀具即

可快速精確地制造形狀復(fù)雜的零件，該技術(shù)已在航空航天、電子、汽車等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛

應(yīng)用。

激光焊接技術(shù)具有溶池凈化效應(yīng)，能純凈焊縫金屬，適用于相同和不同金屬材料間的焊

接。激光焊接能量密度高，對高熔點(diǎn)、高反射率、高導(dǎo)熱率和物理特性相差很大的金屬焊接

特別有利。

激光打孔技術(shù)具有精度高、通用性強(qiáng)、效率高、成本低和綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，

已成為現(xiàn)代制造領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。

激光切割技術(shù)可廣泛應(yīng)用于金屬和非金屬材料的加工中，可大大減少加工時(shí)間，降低加

工成本，提高工件質(zhì)量。脈沖激光適用于金屬材料，連續(xù)激光適用于非金屬材料，后者是激

光切割技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。

激光打標(biāo)技術(shù)是激光加工最大的應(yīng)用領(lǐng)域之一。激光打標(biāo)是利用高能量密度的激光對工

件進(jìn)行局部照射，使表層材料汽化或發(fā)生顏色變化的化學(xué)反應(yīng)，從而留下永久性標(biāo)記的?種

打標(biāo)方法。激光打標(biāo)可以打出各種文字、符號和圖案等，字符大小可以從毫米量到微米量級，

這對產(chǎn)品的防偽有特殊的意義。準(zhǔn)分子激光打標(biāo)是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，特別適用

于金屬打標(biāo)，可實(shí)現(xiàn)亞微米打標(biāo)，已廣泛用于微電子工業(yè)和生物工程。

激光去重平衡技術(shù)是用激光去掉高速旋轉(zhuǎn)部件上不平衡的過重部分，使慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸

重合，以達(dá)到動平衡的過程。激光去重平衡技術(shù)具有測量和去重兩大功能，可同時(shí)進(jìn)行不平

衡的測量和校正，效率大大提高，在陀螺制造領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。對于高精度轉(zhuǎn)子，激

光動平衡可成倍提高平衡精度，其質(zhì)量偏心值的平衡精度可達(dá)1%或千分之幾微米。

激光蝕刻技術(shù)比傳統(tǒng)的化學(xué)蝕刻技術(shù)工藝簡單、可大幅度降低生產(chǎn)成本,可加工0.125?

1微米寬的線，非常適合于超大規(guī)模集成電路的制造。

激光微調(diào)技術(shù)可對指定電阻進(jìn)行自動精密微調(diào)，精度可達(dá)0.01%?0.002%,比傳統(tǒng)加工

方法的精度和效率高、成本低。激光微調(diào)包括薄膜電阻（0.01?0.6微米厚）與厚膜電阻（20?

50微米厚）的微調(diào)、電容的微調(diào)和混合集成電路的微調(diào)。

激光存儲技術(shù)是利用激光來記錄視頻、音頻、文字資料及計(jì)算機(jī)信息的一種技術(shù)，是信

息化時(shí)代的支撐技術(shù)之一。

激光劃線技術(shù)是生產(chǎn)集成電路的關(guān)鍵技術(shù)，其劃線細(xì)、精度高（線寬為15?25微米，槽

深為5-200微米），加工速度快（可達(dá)200毫米/秒），成品率可達(dá)99.5%以上。

激光清洗技術(shù)的采用可大大減少加工器件的微粒污染，提高精密器件的成品率。

激光熱、表處理技術(shù)包括：激光相變硬化技術(shù)、激光包覆技術(shù)、激光表面合金化技術(shù)、

激光退火技術(shù)、激光沖擊硬化技術(shù)、激光強(qiáng)化電鍍技術(shù)、激光上釉技術(shù)，這些技術(shù)對改變材

料的機(jī)械性能、耐熱性和耐腐蝕性等有重要作用。

激光相變硬化（即激光淬火）是激光熱處理中研究最早、最多、進(jìn)展最快、應(yīng)用最廣的一

種新工藝，適用于大多數(shù)材料和不同形狀零件的不同部位,可提高零件的耐磨性和疲勞強(qiáng)度,

國外一些工業(yè)部門將該技術(shù)作為保證產(chǎn)品質(zhì)量的手段。

激光包覆技術(shù)是在工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用的激光表面改性技術(shù)之一，具有很好的經(jīng)濟(jì)性,

可大大提高產(chǎn)品的抗腐蝕性。

激光表面合金化技術(shù)是材料表面局部改性處理的新方法，是未來應(yīng)用潛力最大的表面

改性技術(shù)之一，適用于航空、航天、兵器、核工業(yè)、汽車制造業(yè)中需要改善耐磨、耐腐蝕、

耐高溫等性能的零件。

激光退火技術(shù)是半導(dǎo)體加工的一種新工藝，效果比常規(guī)熱退火好得多。激光退火后，雜質(zhì)

的替位率可達(dá)到98%?99%,可使多晶硅的電阻率降到普通加熱退火的1/2?1/3,還可大大

提高集成電路的集成度，使電路元件間的間隔縮小到0.5微米。

激光沖擊硬化技術(shù)能改善金屬材料的機(jī)械性能，可阻止裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，提高鋼、鋁、

鈦等合金的強(qiáng)度和硬度，改善其抗疲勞性能。

激光強(qiáng)化電鍍技術(shù)可提高金屬的沉積速度，速度比無激光照射快1000倍，對微型開關(guān)、

精密儀器零件、微電子器件和大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)和修補(bǔ)具有重大義意。使用改技術(shù)可使

電度層的牢固度提高昂100?1000倍。

激光上釉技術(shù)對于材料改性很有發(fā)展前途，其成本低，容易控制和復(fù)制，有利于發(fā)展新

材料。激光上釉結(jié)合火焰噴涂、等離子噴涂、離子沉積等技術(shù)，在控制組織、提高表面耐磨、

耐腐蝕性能方面有著廣闊的應(yīng)用前景。電子材料、電磁材料和其它電氣材料經(jīng)激光上釉后用

于測量儀表極為理想。

二、激光加工技術(shù)的發(fā)展趨勢

1.數(shù)控化和綜合化

把激光器與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、先進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)以及高精度和自動化的工件定位相結(jié)合，

形成研制和生產(chǎn)加工中心，已成為激光加工發(fā)展的一個重要趨勢。

2.小型化和組合化

國外已把激光切割和模具沖壓兩種加工方法組合在一臺機(jī)床上，制成激光沖床，它兼有

激光切割的多功能性和沖壓加工的高速高效的特點(diǎn)，可完成切割復(fù)雜外形、打孔、打標(biāo)、劃

線等加工。

3.高頻度和高可靠性

目前，國外YAG激光器的重復(fù)頻度已達(dá)2000次/秒，二極管陣列泵浦的Nd：YAG激

光器的平均維修時(shí)間已從原來的幾百小時(shí)提高到1?2萬小時(shí)。

4.采用激元激光器進(jìn)行金屬加工

這是國外激光加工的一個新課題。激元激光器能發(fā)射出波長157?350納米的紫外激光,

大多數(shù)金屬對這種激光的反射率很低，吸收率相應(yīng)很高，因此，這種激光器在金屬加工領(lǐng)域

有很大的應(yīng)用價(jià)值。

1激光加工技術(shù)概述

激光加工技術(shù)是一種高度柔性和智能化的先進(jìn)加工技術(shù)，它集成了CAD技術(shù)、數(shù)控技

術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，技術(shù)涉及范圍廣。激光加工技術(shù)是指各種以高能

密度激光束為手段，通過激光束與材料之間的物理和化學(xué)等作用。實(shí)現(xiàn)改變物質(zhì)形態(tài)或性質(zhì)

的先進(jìn)材料加工技術(shù)。激光加工涉及激光物理、材料、電子、機(jī)械和工程傳熱等多門學(xué)科，

綜合了激光、制造、控制和計(jì)算機(jī)應(yīng)用等多項(xiàng)技術(shù)，已成為多學(xué)科交叉和多技術(shù)綜合的一種

典型的先進(jìn)制造技術(shù)。激光加工具有非接觸、無污染、熱影響區(qū)域小、加工精度高以及町選

區(qū)加工等特點(diǎn)，而且在特定的加工情況下是其他制造方法不可替代的。因此，激光加工技術(shù)

在許多行業(yè)中都得到了重要而廣泛的應(yīng)用。由于其獨(dú)特的性能在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在

誘變育種、增強(qiáng)種子活力、促進(jìn)生長發(fā)育、提高產(chǎn)量和品質(zhì)、平地整地、提高節(jié)水灌溉能力、

防治病蟲害等方面發(fā)揮著越來越重委的作用。

2激光加工技術(shù)在農(nóng)機(jī)制造中的應(yīng)用

21世紀(jì)是一個以信息、生物等高科技為支柱的知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代。我國農(nóng)業(yè)只有加快現(xiàn)代化

進(jìn)程，才能在國際競爭中立于不敗之地。發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)少不了農(nóng)'也機(jī)械的支持，制造技術(shù)成

為其重要的組成部分。當(dāng)前農(nóng)業(yè)機(jī)械由于其自身應(yīng)用的特點(diǎn)和工作對象的復(fù)雜性，尤其是農(nóng)

機(jī)制造行業(yè)的設(shè)計(jì)加工手段比較落后.使其創(chuàng)新少，新產(chǎn)品開發(fā)周期長，成本高，制造質(zhì)量

比較粗糙，產(chǎn)品壽命相對較短。為了大力提高農(nóng)機(jī)的制造技術(shù).并與其他機(jī)械制造業(yè)平行發(fā)

展，必須加大激光等先進(jìn)制造技術(shù)在農(nóng)業(yè)制造中的應(yīng)用力度。提高農(nóng)機(jī)制造企業(yè)的現(xiàn)代生產(chǎn)

技術(shù)水平。

2.1激光快速成型技術(shù)在農(nóng)機(jī)制造中的應(yīng)用

快速成型技術(shù)即直接根據(jù)CAD模型快速生產(chǎn)樣件或零件的技術(shù)總稱。它集成了CAD

技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。

其原理：產(chǎn)品三維CAD模型一分層離散一按離散后的平面幾何信息逐層加工堆積原材料一

生成實(shí)體模型。它能根據(jù)CAD模型（電子模型）自動、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想物化

為具有一定功能的原型或直接制造零件，在不同模具和工具的條件下生成幾乎任意復(fù)雜的零

部件，解決了從設(shè)計(jì)到制造的快速對接問題。因此，該技術(shù)可以對產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行快速評價(jià)及

修改，有效地縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期。降低了開發(fā)成本。滿足了當(dāng)今競爭日益激烈的市場對

新產(chǎn)品快速開發(fā)和快速制造的要求，提高了產(chǎn)品的市場競爭力和企業(yè)的綜合競爭能力。其中，

激光選區(qū)燒結(jié)是快速成型制造中的重要工藝方法之-o這種制造方法具有成型速度快、精度

高、表面質(zhì)雖好、后置處理簡單和省時(shí)等特點(diǎn)，是一個具有生命力的技術(shù)，為制造技術(shù)的發(fā)

展創(chuàng)造了一種新方法。

農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)過程具有特殊性。零件多具有較復(fù)雜的形狀。如耕地機(jī)械、整地機(jī)械和收

獲機(jī)械等。此外，復(fù)雜曲面較多。如犁體曲面、旋耕機(jī)旋刀、水泵葉輪和送料螺旋等。而且

根據(jù)具體的生產(chǎn)情況不同，其形狀還需相應(yīng)調(diào)整。因此，利用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法研制這種

農(nóng)業(yè)機(jī)械零件.不僅研制開發(fā)時(shí)間長。加工工藝復(fù)雜，而且很難達(dá)到理想的效果。運(yùn)用先進(jìn)

的激光快速成型集成技術(shù)。不僅大大縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，而且制造質(zhì)量

也優(yōu)于傳統(tǒng)制造方法。

2.2激光表面強(qiáng)化與熱處理技術(shù)在農(nóng)機(jī)制造中的應(yīng)用

激光表面強(qiáng)化與熱處理技術(shù)是一種新型的材料表面處理技術(shù)。激光表面強(qiáng)化技術(shù)的原理

是利用激光穿透能力極強(qiáng)的特點(diǎn)，當(dāng)把金屬表面加熱到僅低于熔點(diǎn)的臨界轉(zhuǎn)變溫度時(shí)。其表

面迅速奧氏體化，然后急速自冷淬火，金屬表面迅速被強(qiáng)化。激光熱處理是傳統(tǒng)熱處理技術(shù)

的發(fā)展和補(bǔ)充，它可以解決其他表面處理方法無法解決或不好解決的材料強(qiáng)化同題。經(jīng)過激

光處理后，可以提高其抗磨損、抗疲勞、耐腐蝕和防氧化等性能.延長其使用壽命。總之，

激光表面技術(shù)時(shí)于提高零部件的表面綜合機(jī)械物理性能，改善產(chǎn)品的性能、使用壽命，增強(qiáng)

產(chǎn)品的競爭能力起著至關(guān)重要的作用。

農(nóng)業(yè)機(jī)械量大面廣，種類繁多。每年由于表面破壞和失效帶來的損失非常巨大。資料表

明，農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的失效破壞，約有60%是由零件表面的腐蝕和磨損造成的。如耕作、播種和收

獲機(jī)械的許多零部件，直接與土壤接觸，其腐蝕和磨損相當(dāng)嚴(yán)重，導(dǎo)致故障增多、生產(chǎn)率下

降，作業(yè)成本明顯上升。農(nóng)用動力中的氣缸、氣門、曲軸.因磨損和腐蝕常會導(dǎo)致功率下降,

污染增加。各種農(nóng)用泵、風(fēng)機(jī)和葉片在表面磨損后，工作性能下降，壽命降低。因此，在農(nóng)

機(jī)行業(yè)中大力推廣先進(jìn)、實(shí)用的表面技術(shù).可顯著提高零部件的抗氧化、耐腐蝕、耐磨損和

耐疲勞性能，能最大限度地延長農(nóng)機(jī)具的使用壽命；對于已損壞的產(chǎn)品，采用表面修復(fù)工藝，

可大大節(jié)省資金，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

此外，激光熱處理技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造行業(yè)應(yīng)用極為廣泛，在許多關(guān)鍵零件上（如缸體、

缸套、曲軸、凸輪軸、排氣閥、閥座或活塞環(huán)等）幾乎都可以采用激光熱處理。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

中，機(jī)器的工作條件是多種多樣的，有些機(jī)器（犁、中耕機(jī)、播種機(jī)和收割機(jī)）直接在磨料介

質(zhì)中工作，使許多零件磨損很快。另一方面，為了獲得足夠的強(qiáng)度，機(jī)器的材料用量較大，

不僅浪費(fèi)材料?，而且顯得笨重。對于此類零件，激光硬化處理后的硬度比常規(guī)淬火硬度高5

%-20%,激光合金化可以根據(jù)要求選擇加入新材料，形成以基材為基礎(chǔ)的新合金層，以獲

得滿意的性能。此外，由于處理后性能的提高，可以選用低性能的基材，從而減少了基材的

質(zhì)量。

從中國光學(xué)光電子行業(yè)協(xié)會激光分會的逐年統(tǒng)計(jì)看，激光加工裝備的年銷售額一直在高速增

長。如2003年比2002年增長21.6%,2004年比2003年增長18%。充分說明，激光加工技術(shù)在

我國已經(jīng)從研究，實(shí)驗(yàn)探索中走出了象牙之塔，走上實(shí)用化的道路。崛起一批激光加工裝備

制造企業(yè)，生產(chǎn)出成千上萬臺滿足應(yīng)用的激光加工機(jī)。保持銷售額年增長在20%左右。由于

對國內(nèi)后場的各種宣傳、展示、普及和為用戶培訓(xùn)，也大大地把激光加工的后場拓大拓寬，

給國內(nèi)用戶帶來采用這種先進(jìn)制造技術(shù)的信心和決心,促成激光加工得以越來越廣泛應(yīng)用的

外部環(huán)境，這便是我們經(jīng)常說的市場牽動。市場牽動又推動著激光加工機(jī)的熱銷，如此這般,

形成連鎖反應(yīng)。正因如此推動，目前已經(jīng)形成激光加工機(jī)生產(chǎn)企業(yè)達(dá)200余家，從業(yè)人員近2

萬，其中科技人員約占50%,具有中高級職稱的員工約占30%,已經(jīng)形成一支具有相當(dāng)實(shí)力

的產(chǎn)業(yè)隊(duì)伍。同時(shí)，也吸引了世界各地許多激光加工設(shè)備制造商的關(guān)注和跟進(jìn)，國內(nèi)市場已

經(jīng)國際化了。

一、激光切割機(jī)產(chǎn)品的高速發(fā)展

前幾年，國內(nèi)在銷的激光切割機(jī)大部分為國外進(jìn)口產(chǎn)品，國內(nèi)產(chǎn)品所占份額甚小。隨著

用戶對激光切割技術(shù)特點(diǎn)的逐步深入了解和示范性采用，帶動了國內(nèi)企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)向生產(chǎn)激光

切割機(jī)。如產(chǎn)量最大的生產(chǎn)企業(yè)為上海團(tuán)結(jié)普瑞瑪激光設(shè)備公司，年訂貨已超過100余臺，

在全球產(chǎn)量排序?yàn)榈诎宋?。其它還有華工激光工程分公司、濟(jì)南捷邁、沈陽普瑞瑪、江蘇金

方園等。近期有幾個知名度較高的激光加工機(jī)生產(chǎn)企'也也投入力量，開始生產(chǎn)激光切割機(jī)的

有武漢楚天激光，大族激光等。

估計(jì)國內(nèi)市場近期銷售量1?4KW激光切割機(jī)達(dá)300?350臺，國內(nèi)供貨可占200余臺，其

他100余臺為國外產(chǎn)品，來自德國、瑞士、II本、韓國、比利時(shí)等國。目前瑞士百超已在國

內(nèi)組裝激光切割機(jī)，并已開始銷售。

這些激光切割機(jī)的用戶，包括電氣制造、電梯業(yè)、運(yùn)輸機(jī)械、石油工業(yè)、紡織機(jī)械、糧

食機(jī)械、醫(yī)療機(jī)械、燈具、裝飾、包裝業(yè)以及激光加工站和科研院所的多方面應(yīng)用。

CO2激光切割技術(shù)是激光加工應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一。據(jù)我了解:歐洲已安裝了12000

臺，北美安裝有11000臺，日本安裝有10000臺。我國臺灣安裝已超過500臺。中國大陸安裝

數(shù)約為800臺，功率逐漸由2000W提升到3KW、4KW,從以上可看出CO2激光切割機(jī)已經(jīng)

成為國內(nèi)主要熱品產(chǎn)品。隨著應(yīng)用面擴(kuò)大，高功率CO2激光器國內(nèi)產(chǎn)品的逐步過關(guān)，必將

牽引我國激光銷售快速增長。

二、激光打標(biāo)機(jī)（標(biāo)記機(jī)）將繼續(xù)前沖

按照全球?qū)す饧庸は到y(tǒng)銷售總量的統(tǒng)計(jì)，激光打標(biāo)機(jī)僅次于激光切割機(jī)，占第二位。

近年來，接近激光切割機(jī)銷售量，各占總量的1/3左右。而我國則相反，激光打標(biāo)機(jī)的銷售

額一直占國內(nèi)激光加工銷售額的50%以上，在較大范圍內(nèi)占領(lǐng)了國內(nèi)市場，并大大地開拓了

應(yīng)用的工業(yè)領(lǐng)域，可以說，比國外的應(yīng)用面要廣泛得多。已應(yīng)用的行業(yè)有電子工業(yè)、汽車工

業(yè)、工具量具、航空航天、儀器儀表、包裝工業(yè)、醫(yī)療產(chǎn)品、家用電器、鍵盤、面板、廣告

標(biāo)牌、證件卡片、日常用品、珠寶鉆石等領(lǐng)域。

標(biāo)記對象的材料可以是各類金屬和非金屬。如不銹鋼、鋁合金、有機(jī)玻璃、塑料、陶瓷、

合成材料、木材、橡膠、皮革制品、紙制品、印刷電路板、多種電子電器元件、香煙、鈕扣、

雷管、金屬零件，一直到食品包裝、藥品包裝，以至螃蟹等。其年銷售臺數(shù)約為4000?5000

臺。它所采用的激光器由燈泵Nd:YAG激光器，玻璃管或金屬腔的CO2激光器，近年，光

纖激光器和全固態(tài)激光器正批量進(jìn)入打標(biāo)生產(chǎn)企業(yè)，與之配套。打標(biāo)機(jī)可對零件在固定位置

打標(biāo)也可對在流水線上物品進(jìn)行飛行打標(biāo)。我國生產(chǎn)打標(biāo)機(jī)較知名企業(yè)有大族激光、華工激

光、楚天激光、大恒激光、桂林星辰激光、志恒達(dá)激光等公司，還有眾多生產(chǎn)激光打標(biāo)機(jī)的

中小企業(yè)也是重要的單位，它們一起把我國的打標(biāo)機(jī)市場做得越來越大，應(yīng)用面越來越寬，

目前也開始批量出口。特別值得一提的是很有實(shí)力的企業(yè)，自行開發(fā)、生產(chǎn)七彩打標(biāo)機(jī)，一

時(shí)間訂購此種打標(biāo)機(jī)的單位甚多，相信這種創(chuàng)新產(chǎn)品會獲得更大發(fā)展。

三、25W~100W級激光加工機(jī)

這里主要指采用25W?100W級CO2激光器，加上以X-Y桌面工作臺系統(tǒng)為主的機(jī)型，

同時(shí)也有用Nd:YAG激光器加振鏡集成的加工機(jī)。它可以進(jìn)行雕刻包括內(nèi)雕、裁剪、鏤空、

繡花和切割加工。種類多、價(jià)位低、用途廣、適合國情。年產(chǎn)量在6000臺左右。廣泛用于印

章、柔性板、禮品、廣告、標(biāo)牌、工藝品以及工業(yè)用非金屬制品?？蓪ε＝?、玻璃、塑料、

橡膠制品、竹木制品、合成材料、布料、皮革等材料進(jìn)行激光加工。由于它是電腦排版、自

控、不接觸加工、速度快（比手工或其它加工方式快許多）智能化程度高，操作方便等獨(dú)特優(yōu)

點(diǎn)，所以占據(jù)了國內(nèi)廣大市場，并且銷往中東、東南亞、南美、東歐、非洲等地頗受歡迎。

生產(chǎn)X-Y工作臺機(jī)型知名度較高的由浙江博業(yè)激光、廣東粵銘激光和武漢金運(yùn)激光等公司，

它們的迅速崛起形成了生產(chǎn)格局，目前博業(yè)激光已建成35000平米的廠房，金運(yùn)激光建成

10000平米廠房，粵銘激光不僅進(jìn)一步擴(kuò)大原產(chǎn)地生產(chǎn)能力，還在上海建立分廠。這種機(jī)型

除雕刻柔性橡膠，竹簡外還進(jìn)入激光剪裁服裝、皮革、繡花等工作，使這些企業(yè)產(chǎn)品升級，

促進(jìn)了市場發(fā)展，它們已將送料、收料、原料負(fù)壓吸附、自動攝像定位、雙頭裁剪等技術(shù)逐

步加以應(yīng)用，使激光加工設(shè)備可以融入服裝生產(chǎn)的自動化流水線作業(yè)中，使產(chǎn)品智能化升級。

值得一提的是激光內(nèi)雕機(jī)也是迅速發(fā)展的產(chǎn)品之一,它是通過激光誘導(dǎo)在玻璃體內(nèi)形成

炸裂點(diǎn)的光散射構(gòu)成白色立體內(nèi)雕圖像。近期本技術(shù)又取得進(jìn)??步發(fā)展。國內(nèi)某單位開發(fā)出

彩色內(nèi)雕技術(shù)，可在玻璃體內(nèi)相繼打出紅、橙、黃、藍(lán)、紫等色彩的圖案，不久產(chǎn)品即將投

放市場。給內(nèi)雕制品增添光彩。

四、用于再制造業(yè)的激光熔覆技術(shù)及裝備

再制造工程是以產(chǎn)品全壽命周期理論為指導(dǎo)的工程實(shí)踐。裝備的論證、設(shè)計(jì)、制造、使

用、維修、回收的全部費(fèi)用稱作全壽命周期費(fèi)用，傳統(tǒng)上只重視裝備的“前半生”，（這個周

期僅占20?40%的費(fèi)用），而往往忽略了“后半生”，即使用、維修和報(bào)廢階段的費(fèi)用。

裝備的再制造工程是以裝備的"后半生''為對象，以提高利用率、節(jié)約資源、環(huán)境保護(hù)、

堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的一門工程技術(shù)。再制造技術(shù)的發(fā)展必須融入高新技術(shù)、使得陳舊部件和裝

備獲得重新獲得高品質(zhì)，高附加值的產(chǎn)品，所以再制造業(yè)是實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，完全符合國家

政策的一項(xiàng)重要技術(shù)。美國的再制造業(yè)產(chǎn)值達(dá)530億美元，從業(yè)人員達(dá)48萬人，他們稱“再制

造業(yè)是潛在的巨人我國這方面已開始啟動。

激光加工技術(shù)用于再制造業(yè)和應(yīng)用于其他制造業(yè)一樣，有其不可替代的優(yōu)點(diǎn)，并優(yōu)于其

它加工技術(shù)。

激光加工用于再制造業(yè)是由相變硬化發(fā)展到激光表面合金化和激光熔覆，由激光合金涂

層發(fā)展到復(fù)合涂層及陶瓷涂層，從而使得激光表面改性技術(shù)成為再制造的一項(xiàng)重要手段。它

主要是采用5KW~10KWCO2高功率激光器及其系統(tǒng)。年銷售量約100臺。這方面較突出的是

大陸激光，他們在實(shí)踐中應(yīng)用了激光顯微仿形熔覆技術(shù)，較大范圍應(yīng)用到電力、石化、冶金、

鋼鐵、機(jī)械的工業(yè)領(lǐng)域，修復(fù)了渦輪動力轉(zhuǎn)動裝置的重要零部件，一直到機(jī)組，如煙氣輪機(jī)、

離心式壓縮機(jī)、螺桿壓縮機(jī)、大型汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、蒸汽輪機(jī)等近千臺，同時(shí)還生產(chǎn)激光器

及機(jī)組，成為這種技術(shù)的國內(nèi)領(lǐng)頭企業(yè)。其它還有金石凱激光、華工激光、團(tuán)結(jié)激光。

國內(nèi)以激光加工站形式出現(xiàn)從事這方面業(yè)務(wù)的有中科院金屬所、北京、天津、杭州等地

高校激光工程中心都為激光加工應(yīng)用于再制造業(yè)發(fā)揮了較大作用。

五、激光焊接技術(shù)與裝備

激光焊接技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用正迅速擴(kuò)大,其銷售額僅次于打標(biāo)和切割。它主要用于電池、

電器、儀表、五金工具及鋼鐵、航空航天、汽車等工業(yè)。

應(yīng)用分三大類:一類是用于移動通訊如手機(jī)電池的焊接，其他如電容、電器、儀器儀表

元器件的焊接。這些焊接設(shè)備主要采用Nd:YAG激光器;工作臺有的是多工位，生產(chǎn)這類設(shè)

備量較大的知名度較高的有武漢楚天激光、華中激光、大族激光和天津力能激光等。生產(chǎn)手

機(jī)電池最大的比亞迪公司自己也開發(fā);自裝自用。

第二類主要是對金剛石鋸片的激光焊接。目前歐洲已禁止使用熱阻焊的金剛石鋸片。而

大量采用CO2激光器將金剛石刀頭焊接到鋸片基體上，這種工藝符合安全要求。據(jù)報(bào)道，

基建業(yè)使用的金剛石刃具中，消耗最大的為激光焊接金剛石鋸片，需求量約合30億美元。由

此也帶動國內(nèi)企業(yè)投入這項(xiàng)激光焊接工藝及裝備生產(chǎn)中去，我國年出口值約為3000萬美元，

年出口增長率增高的原因之一是我國人造金剛石刀頭的粉末冶金較好有關(guān)。

此外國內(nèi)隨著各類基建工程、空調(diào)安裝、石材工業(yè)的拓展，對金剛石鋸片年需求量也約

合10億人民幣，高檔石材加工也部分要用激光焊接金剛石鋸片。國內(nèi)生產(chǎn)激光焊接金剛石鋸

片較大企業(yè)有華工激光、武漢團(tuán)結(jié)激光等。生產(chǎn)激光焊接鋸片系統(tǒng)的有華工激光、武漢團(tuán)結(jié)

激光、濟(jì)南捷邁、上海團(tuán)結(jié)普瑞瑪?shù)葐挝唬酁槎喙の缓附酉到y(tǒng)。

第三類是激光焊接鋼板，這方面的應(yīng)用多在鋼鐵工業(yè)（如鋼板在線拼焊、帶鋼拼焊等）、

汽車板拼焊（有的在鋼鐵廠、有的在汽車廠）以及各種殼體類零件焊接、其激光焊接系統(tǒng)不是

定型產(chǎn)品，多為“量身定做

市場展望

與國際上激光加工系統(tǒng)相比，我國的激光加工系統(tǒng)差距甚大，僅占全球銷售額的2%左

右?主要表現(xiàn)為:高檔激光加工系統(tǒng)很少，甚至沒有;主力激光器不過關(guān);微細(xì)激光加工裝備缺

口較大;而這些領(lǐng)域我國的生產(chǎn)企業(yè)正在積蓄力量穩(wěn)步進(jìn)入，國內(nèi)應(yīng)用市場有很大發(fā)展空間。

預(yù)測今后2-3年內(nèi)，我國銷售額將會由2004年的15億人民幣上升翻一倍，也就是說會達(dá)

到30億元產(chǎn)值。其原因：

一、國家重視，各級政府部門都在積極關(guān)注、規(guī)劃、立項(xiàng)，多方面資金正在注入。特別

是國家強(qiáng)調(diào)立項(xiàng)主體山大專院校，科研部門料轉(zhuǎn)到以企業(yè)為主，這就促進(jìn)了企業(yè)產(chǎn)品的自主

創(chuàng)新，技術(shù)升級。

二、國內(nèi)各類制造業(yè)接受了激光加工技術(shù)，它可使他們的產(chǎn)品增加技術(shù)含量，加快產(chǎn)品

更新?lián)Q代，采用它可達(dá)到“敏捷制造''的水平，滿足市場對“個性化”產(chǎn)品的要求。

三、國內(nèi)已逐步形成了產(chǎn)業(yè)群體激光零部件配套企業(yè)慢慢補(bǔ)齊，各類具有特色的激光加

工系統(tǒng)制造商紛紛建立，國內(nèi)已形成四個激光加工裝備制造的產(chǎn)業(yè)帶，它們主要分布在華中;

珠江三角洲;長江三角洲和京津環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。

四、國際上知名的激光加工制造商有的在華投資建廠;有的以國內(nèi)合資生產(chǎn)，總趨勢是

紛紛進(jìn)入，形成國際競爭國內(nèi)化。

五、國內(nèi)在主力激光器方面逐步過關(guān)，進(jìn)入市場應(yīng)用。如大功率軸流CO2激光器，中

小功率金屬腔射頻CO2激光器，半導(dǎo)體泵浦全固態(tài)激光器、光纖激光器、及倍頻DPL、大

功率二極管模塊等，正蓄勢待發(fā)，進(jìn)入產(chǎn)品化初期，進(jìn)入市場。為國產(chǎn)激光加工的升值開拓

新應(yīng)用創(chuàng)造條件。

在國內(nèi)已創(chuàng)立的一片大好形勢下，我們殷切期望業(yè)內(nèi)各企業(yè)努力創(chuàng)造具有自主創(chuàng)新的產(chǎn)

品，盡力避免低價(jià)位、低利潤率的競爭，使國產(chǎn)設(shè)備走上越來越健康發(fā)展局勢。

1激光加工的原理

激光是一種強(qiáng)度高、方向性好、單色性好的相干光。由于激光的發(fā)散角小和單色性好,

理論上可以聚焦到尺寸與光的波長相近的（微米甚至皿微米）小斑點(diǎn)上，加上它本身強(qiáng)度

高.故可以使焦點(diǎn)處的功率密度達(dá)到105?1013W/cm2.溫度可達(dá)1萬。C以上。在這樣的

高溫下。任何材料都將瞬時(shí)急劇熔化和汽化，并爆炸性地高速噴射出來，同時(shí)產(chǎn)生方向性很

強(qiáng)的沖擊。因此，激光加工是工件在光熱效應(yīng)下產(chǎn)生高溫熔融和受沖擊波拋出的綜合過程。

2激光加工的特點(diǎn)

激光加工的特點(diǎn)主要有以下幾個方面:一是幾乎對所有的金屬和非金屬材料都可以進(jìn)行

激光加工；二是激光能聚焦成極小的光斑.可進(jìn)行微細(xì)和精密加工.如微細(xì)宅縫和微孔的加

工：三是可用反射鏡將激光束送往遠(yuǎn)離激光器的隔離室或其他地點(diǎn)進(jìn)行加工；四是加工時(shí)不

需要刀具，屬于非接觸加工。無機(jī)械加工變形：五是無需加工工具和特殊環(huán)境，便于自動控

制連續(xù)加工.加工效率高，加工變形和熱變形小。

3激光加工技術(shù)在農(nóng)用汽車工業(yè)中的應(yīng)用

3.1激光切割

激光切割大多采用大功率的CO2激光器，對于精細(xì)的切割也可采用YAG激光器。激光

可以切割金屬，也可以切割非金屬。在激光切割過程中。由于激光對被切割材料不產(chǎn)生機(jī)械

沖擊和壓力，再加上激光切割切縫小，便于自動控制，故在實(shí)際中常用來加工玻璃、陶瓷及

各種精密細(xì)小的零部件。激光切割以其切割范圍廣、切割速度高、切縫窄、切割質(zhì)量好、熱

影響區(qū)小、加工柔性性大等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。在農(nóng)用汽車下業(yè)中.車身覆

蓋件三維輪廓采用激光切割可以提高切割效率8?20倍，節(jié)省材料15%?30%,從而大幅

度降低生產(chǎn)成本。且加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量可靠。

3.2激光焊接

當(dāng)激光的功率密度為105?107W/cm2,照射時(shí)間約為1/100s左右時(shí),，可進(jìn)行激光

焊接。激光焊接一般無需焊料和焊劑，只需工件加工區(qū)域"熱熔"在一起即可。激光焊接速度

快，熱影響區(qū)小，焊接質(zhì)量高，即可焊接同種材料.也可焊接異種材料?，還可透過玻璃進(jìn)行

焊接。

農(nóng)業(yè)汽車工業(yè)中，激光技術(shù)主要用于車身拼焊、焊接和零件焊接。激光拼焊是在車身設(shè)

計(jì)制造中，根據(jù)車身不同的設(shè)計(jì)和性能要求，選擇不同規(guī)格的鋼板.通過激光裁剪和拼裝技

術(shù)完成車身某?部位的制造.例如前擋風(fēng)玻璃框架、車門內(nèi)板、車身底板、中立柱等。激光

拼焊具有減少零件和模具數(shù)量、減少點(diǎn)焊數(shù)目、優(yōu)化材料用量、降低零件重量、降低成本和

提高尺寸精度等好處.目前已被許多大的農(nóng)業(yè)汽車制造商和配件供應(yīng)商所采用。激光焊接主

要用于車身框架結(jié)構(gòu)的焊接.例如頂蓋與側(cè)蓋車身的焊接，而傳統(tǒng)焊劑方法的電阻點(diǎn)焊己逐

漸被激光焊接所代替。采用激光焊接技術(shù)。工件連接之間的接合面寬度可以減少，既可降低

板材使用量。又可提高車體剛度，零件焊接部位幾乎沒有變形。焊接速度快.而且不需要焊

后熱處理。目前，激光焊接零部件常見于變速器齒輪、氣門挺桿、車門較鏈等。

3.3激光淬火

當(dāng)激光功率密度約為103-105W/cm2時(shí)。便可實(shí)現(xiàn)對鑄鐵、中碳鐵甚至低碳鋼等材料進(jìn)

行激光表面淬火。淬火層深度一般為0.7?1.1mm,淬火層硬度比常規(guī)淬火約高20%。激光

淬火變形小。能解決低碳鋼的表面淬火強(qiáng)化問題。在激光淬火過程中，很大的過熱度和過冷

度會使淬硬層的晶粒極細(xì)、位錯密度極高且在表層形成壓應(yīng)力.進(jìn)而大大提高工件的耐磨性、

抗疲勞、耐腐蝕、抗氧化等性能。延長工件的使用壽命。

激光淬火技術(shù)在農(nóng)用汽車中的應(yīng)用主要包括農(nóng)用汽車發(fā)動機(jī)氣缸套內(nèi)壁、曲軸、凸輪軸、

排氣閥、閥座等。意大利菲亞特公司采用HPL?10型激光器處理發(fā)動機(jī)汽缸套內(nèi)壁，降低

了油耗，節(jié)省了成本；德國奧格斯堡―紐倫堡機(jī)械制造有限公司1984年就建立激光淬火生

產(chǎn)線，對大型發(fā)動機(jī)缸套進(jìn)行激光淬火，淬火帶的布局有交叉網(wǎng)紋式、螺旋線式和正弦波式，

大大提高缸套耐磨性：長春一?汽對CA141汽車發(fā)動機(jī)汽缸套進(jìn)行激光淬火處理，大修里程

提高到20x100000km：青島中發(fā)激光技術(shù)有限公司采用激光網(wǎng)絡(luò)工藝加工發(fā)動機(jī)缸孔、曲軸

等零件表面，壽命提高3-5倍。

3.4激光熔覆

激光熔覆亦稱激光包覆或激光熔敷，是材料表面改性技術(shù)的一種重要方法。它是利用高

能激光束(104?106W/cm2)在金屬表面輻照，通過迅速熔化、擴(kuò)展和迅速凝固(冷卻速度通

常為102?106oC/s),在基材表面熔覆一層具有特殊物理、化學(xué)或力學(xué)性能的材料，從而

構(gòu)成?種新的復(fù)合材料，以彌補(bǔ)機(jī)體缺少的高性能。這種復(fù)合材料能充分發(fā)揮兩種材料的優(yōu)

勢。

彌補(bǔ)相互間的不足。激光熔覆技術(shù)在農(nóng)用汽車工業(yè)中應(yīng)用廣泛，如缸套、曲軸、活塞環(huán)、

換向器、齒輪等零部件的表面熔覆。發(fā)動機(jī)排氣門的密封錐形面熔覆stellite合金后。耐磨

性能比基本材料提高5倍。

3.5激光合金化

激光合金化(laserSurfaceAlloying,LSA)是金屬材料表面局部改性處理的一種新方法。

是在高能量激光束的照射下.使基體材料表面的一薄層與根據(jù)需要加入的合金素同時(shí)快速熔

化、混合，形成厚度為10?1000pm的表面融化層，使材料表面在很短時(shí)間內(nèi)形成具有要求

深度和化學(xué)成分的表面合金化層。這種合金化層由于具有高于基材的某些性能.所以能達(dá)到

表面改性處理的目的。在農(nóng)用汽車工業(yè)方面，激光表面合金化工藝可以明顯改善工件表面的

耐磨、耐蝕、耐高溫等性能。延長在各種惡劣工作條件下工作的農(nóng)用汽車零部件如軸承、軸

承保持架、汽缸、襯套等的使用壽命。

3.6激光無模成形

激光無模成形是利用激光束掃描金屬薄板時(shí).在作用區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈溫度梯度而誘發(fā)熱

應(yīng)力，使板料實(shí)現(xiàn)塑性彎曲變形。德國將激光成形用于農(nóng)用汽車制造業(yè).進(jìn)行了農(nóng)用汽車覆

蓋件的柔性校正和其他異型件的成形，并對彎曲成形過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制，彎曲角精度

可達(dá)到±0.20。

3.7激光打標(biāo)

激光打標(biāo)是指利用高能量激光束照射工件表面。光能瞬時(shí)變成熱能.使工件表面迅速產(chǎn)

生蒸發(fā)。從而在工件表面刻出所需要的文字和圖形。以作為永久的防偽標(biāo)志。

4結(jié)語

我國農(nóng)用汽車工業(yè)技術(shù)與國外相比還存在較大差距。大力開展激光加工基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵

技術(shù)的研究.對于提升我國農(nóng)用汽車工業(yè)制造水平和國際競爭力，發(fā)展民族工業(yè)具有重要的

意義。

0引言

自從20世紀(jì)60年代激光問世以來，激光技術(shù)作為一門高新技術(shù)，幾乎在各行各業(yè)都獲

得了重要的應(yīng)用。激光加工技術(shù)是指各種以高能密度激光束為手段，通過激光束與材料之間

的物理和化學(xué)等作用，實(shí)現(xiàn)改變物質(zhì)形態(tài)或性質(zhì)的先進(jìn)材料加工技術(shù)。激光加工涉及激光物

理、材料、電子、機(jī)械和工程傳熱等多門學(xué)科，綜合了激光、制造、控制和計(jì)算機(jī)應(yīng)用等多

項(xiàng)技術(shù)，已成為多學(xué)科交叉和多技術(shù)綜合的一種典型的先進(jìn)制造技術(shù)。激光加工具有非接觸、

無污染、熱影響區(qū)域小、加工精度高以及可選區(qū)加工等特點(diǎn)，而且在特定的加工情況下是其

他制造方法不可替代的。因此，激光技術(shù)在許多行、業(yè)中都得到了重要的應(yīng)用。

農(nóng)業(yè)機(jī)械由于其自身應(yīng)用的特點(diǎn)和工作對象的復(fù)雜性，尤其是農(nóng)機(jī)制造行業(yè)的設(shè)計(jì)加工

手段比較落后，使其創(chuàng)新少，新產(chǎn)品開發(fā)周期長，成本高，制造質(zhì)量比較粗糙，產(chǎn)品壽命相

對較短。為了大力提高農(nóng)機(jī)的制造技術(shù)，并與其他機(jī)械制造業(yè)平行發(fā)展，必須加大激光等先

進(jìn)制造技術(shù)在農(nóng)業(yè)制造中的應(yīng)用力度，提高農(nóng)機(jī)制造企業(yè)的現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)水平。

1激光快速成型在農(nóng)機(jī)制造中的應(yīng)用

快速成型技術(shù)就是直接根據(jù)CAD模型快速生產(chǎn)樣件或零件的技術(shù)總稱。它集成了CAD

技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。

它能根據(jù)CAD模型（電子模型）自動、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想物化為具有一定功能

的原型或直接制造零件，在不用模具和工具的條件下生成兒乎任意復(fù)雜的零部件，解決了從

設(shè)計(jì)到制造的快速對接問題。因此，該技術(shù)可以對產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行快速評價(jià)及修改，有效地縮

短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低了開發(fā)成本，滿足了當(dāng)今競爭口益激烈的市場對新產(chǎn)品快速開發(fā)

和快速制造的要求，提高了產(chǎn)品的市場競爭力和企業(yè)的綜合競爭能力。

激光選區(qū)燒結(jié)是快速成型制造中的重要工藝方法之一。該技術(shù)采用逐層材料添加的原

理，對三維實(shí)體模型進(jìn)行切片分區(qū)處理，生成激光燒結(jié)的掃描路徑；然后，通過x-Y激光

掃捕儀使激光束沿掃描路徑掃描，逐層燒結(jié)同化同體粉末材料（如塑料粉、尼龍粉、蠟、陶

瓷或）、金屬與粘結(jié)劑的混合粉或金屬粉等，經(jīng)過燒結(jié)與層層疊加后，最終形成所需的三維

工件。這種制造方法具有成型速度快、精度高、表面質(zhì)量好、后置處理簡單和省時(shí)等特點(diǎn)，

是一個具有生命力的技術(shù)，為制造技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了一種新方法。

農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)過程具有特殊性。零件多具有較復(fù)雜的形狀，如耕地機(jī)械、整地機(jī)械和收

獲機(jī)械等。此外，復(fù)雜曲面較多，如犁體曲面、旋耕機(jī)旋刀、水泵葉輪和送料螺旋等，而且

根據(jù)具體的生產(chǎn)情況不同，其形狀還需相應(yīng)調(diào)整。因此，利用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法研制這種

農(nóng)業(yè)機(jī)械零件，不僅研制開發(fā)時(shí)間長，加工工藝復(fù)雜，而且很難達(dá)到理想的效果。運(yùn)用先進(jìn)

的激光快速成型集成技術(shù)，不僅大大縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，而且制造質(zhì)量

也優(yōu)于傳統(tǒng)制造方法。

2激光表面強(qiáng)化與熱處理的應(yīng)用

激光表面強(qiáng)化與熱處理技術(shù)是近20年來發(fā)展起來的一種新型材料表面處理技術(shù)。激光

表面強(qiáng)化技術(shù)的原理是利用激光穿透能力極強(qiáng)的特點(diǎn)，當(dāng)把金屬表面加熱到僅低于熔點(diǎn)的臨

界轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，其表面迅速契氏體化，然后急速自冷淬火，金屬表面迅速被強(qiáng)化。激光表面

強(qiáng)化與熱處理可以分為3類：一是激光照射時(shí)金屬不熔化，只是組織發(fā)生變化，這類工藝主

要為激光相變硬化（激光淬火）：二是激光照射時(shí)金屬熔化，冷卻后組織發(fā)生變化或加入其他

元素改善表面性質(zhì)，包括激光熔凝、激光合金化、激光非晶化和微晶化等；三是激光照射時(shí)

金屬表面發(fā)生汽化，從而發(fā)生組織變化，這類工藝主要為激光沖擊硬化。上述各種激光熱處

理工藝共同的理論基礎(chǔ)是激光與物質(zhì)的相互作用規(guī)律及其金屬學(xué)行為。

激光熱處理是傳統(tǒng)熱處理技術(shù)的發(fā)展和補(bǔ)充,它可以解決其它表面處理方法無法解決或

不好解決的材料強(qiáng)化問題。經(jīng)過激光處理后，鑄層表層強(qiáng)度可達(dá)HRC60以上，中碳、高碳

鋼以及合金鋼的表層硬度可達(dá)HRC70以上，從而提高其抗磨損、抗疲勞、耐腐蝕和防氧化

等性能，延長其使用壽命。

激光熱處理在汽車行業(yè)應(yīng)用極為廣泛，在許多車關(guān)鍵件上（如缸體.缸套、曲軸、凸輪

軸、排氣閥、閥座或活塞環(huán)等）幾乎都可以采HJ激光熱處理。同樣，農(nóng)用機(jī)車也應(yīng)該廣泛使

用。在農(nóng)'也生產(chǎn)中，機(jī)器的工作條件是多種多樣的，有些機(jī)器（犁、中耕機(jī)、播種機(jī)和收割

機(jī)）直接在磨料介質(zhì)中工作，使許多零件磨損很快。另一方面，為了獲得足夠的強(qiáng)度，機(jī)器

的材料用量較大，不僅浪費(fèi)材料，而且顯得笨重。對于此類零件，激光硬化處理后的硬度比

常規(guī)淬火硬度高5%—20%,激光合金化可以根據(jù)要求選擇加入新材料?，形成以基材為基礎(chǔ)

的新合金層，以獲得滿意的性能。此外，由于處理后性能的提高，可以選用低性能的基材，

從而減少了基材的質(zhì)量。

3激光在農(nóng)機(jī)零件修復(fù)中的應(yīng)用

激光熔覆（又稱激光包覆或激光熔敷）是一種新的表面改性技術(shù)，它通過在基材表面添加

熔覆材料?，并利用高能密度的激光束，使之與基材表面薄層一起熔凝，在基材表面形成與冶

金結(jié)合的填料熔覆層。由于激光熔覆可將高熔點(diǎn)的材料熔覆在低熔點(diǎn)的基材表面，而且材料

的成分亦不受通常的冶合金熱力學(xué)條件的限制。因此，所采用熔覆材料的范圍相當(dāng)廣泛，包

括鍥基、鉆基、鐵基合金、碳化物復(fù)合合金材料以及陶瓷材料等。其中，合金材料和碳化物

復(fù)合材料的激光熔覆較為成熟，并已獲得實(shí)際應(yīng)用。由于激光束的高能密度所產(chǎn)生的近似絕

熱的快速加熱過程，使激光熔覆對基材的熱影響較小，引起的變形也較小。控制激光的輸入

能量還可以將基材的稀釋作用限制在極低的程度（小于10%）,從而保持了原熔覆材料的優(yōu)異

性能。

因此，激光熔覆技術(shù)可以提高材料裹面的耐磨與耐蝕等性能，主要用于零件磨損后的修

復(fù)及增強(qiáng)新制造零件的性能。對于重要零件（如農(nóng)機(jī)中的汽缸套和活塞等），由于工作量大，

高溫、高壓、侵蝕以及不同程度的摩擦，其磨損量是很大的，零件需要定期報(bào)廢和更換。對

于耕地機(jī)械、整地機(jī)械和收割機(jī)械（如犁、中耕機(jī)、播種機(jī)和收割機(jī)），作業(yè)時(shí)局部磨損很快,

零件報(bào)廢是因?yàn)榫植康膿p壞。為了提高零件的使用后命，修復(fù)工作有著極大的意義。激光加

工具有選區(qū)作用的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，而且激光熔覆可以方便地修復(fù)磨損部位，使零件不因?yàn)榫植繐p

壞而報(bào)廢，提高了零件的可靠性和使用壽命，在投入費(fèi)用最小的情況下重新達(dá)到更佳的性能

要求”J。此外，用激光對模具進(jìn)行修復(fù)，可以大大提高模具的壽命，又不受形狀和尺寸的限

制，在農(nóng)機(jī)制造中也應(yīng)大力推廣和采用。

4激光技術(shù)在農(nóng)機(jī)制造中應(yīng)用的幾點(diǎn)思考

1）激光加工技術(shù)在多行業(yè)中已經(jīng)大力推廣，在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中的應(yīng)用也勢在必行。但對

加工類型的選擇及激光器的使用，要從基礎(chǔ)做起，只有在充分掌握這種先進(jìn)加工方法的情況

下，才能更好地改進(jìn)傳統(tǒng)工藝，發(fā)揮新技術(shù)的優(yōu)勢。激光加工技術(shù)集成了CAD技術(shù)、數(shù)控

技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，技術(shù)涉及范圍廣。因此，農(nóng)機(jī)企業(yè)在上激光制

造項(xiàng)目時(shí)，一定要分析企業(yè)自身?xiàng)l件和需求，向其它機(jī)械企業(yè)咨詢，看準(zhǔn)方向，找到結(jié)合點(diǎn)，

循序漸進(jìn)，切忌所謂"一步到位"。因?yàn)榧す饧庸ぜ夹g(shù)發(fā)展非?？欤魏纹髽I(yè)不可能一步到位。

2）激光加工技術(shù)在農(nóng)機(jī)制造中的應(yīng)用在我國尚不普遍，主要是該行業(yè)對激光技術(shù)的應(yīng)用

還存在不同程度的神秘感和偏見。另外，對激光技術(shù)的宣傳也不夠，缺乏實(shí)踐。因此，農(nóng)機(jī)

企業(yè)應(yīng)盡快引進(jìn)吸收工業(yè)生產(chǎn)中成熟的科研成果，利用好工業(yè)中已建立的多功能激光加工中

心，使其為更多的農(nóng)機(jī)企業(yè)服務(wù)。

3）近些年來，大功率激光器和輔助設(shè)備的制造技術(shù)日益提高，其基礎(chǔ)理論及生產(chǎn)技術(shù)

13益成熟，與其他加工設(shè)備相比，大功率激光器的價(jià)格也不是很高。因此，激光加工技術(shù)

在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中的應(yīng)用具備了?定的外部條件。另外，隨著農(nóng)業(yè)工業(yè)化的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)

制造企業(yè)的實(shí)力明顯增強(qiáng)，對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，為激光加工技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中

的應(yīng)用提供了內(nèi)部動力和條件。因此，目前激光加工技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中的應(yīng)用具備了條

件?？梢灶A(yù)言，激光加工技術(shù)的引入必將大幅度提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的制造水平。

引言

改革開放以來，國外大批的高精尖設(shè)備引入我國，許多重大工程裝備造價(jià)十分昂貴，一

旦出現(xiàn)損壞，使生產(chǎn)線中斷。特別是進(jìn)口設(shè)備，缺少備件，臨時(shí)引進(jìn)不僅價(jià)格昂貴，而且時(shí)

間緊迫，不能保證及時(shí)生產(chǎn)，將造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，開展重大裝備修復(fù)，發(fā)展快速、

高效、精密的修復(fù)技術(shù)不僅具有廣闊的市場需求，而且具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

常規(guī)修復(fù)技術(shù)的種類很多，每種技術(shù)有其擅長之處，也有應(yīng)用的局限性，而精密可控成

形再制造的修復(fù)技術(shù)已成為重要發(fā)展方向。

近年來，國際上誕生了一門新興技術(shù)一再制造技術(shù)(RefhbricatingTechnology)。與以往

修復(fù)技術(shù)不同，再制造技術(shù)是一種全新概念的先進(jìn)修復(fù)技術(shù)，它集先進(jìn)高能束技術(shù)、先進(jìn)數(shù)

控和計(jì)算機(jī)技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)、先進(jìn)材料技術(shù)、光電檢測控制技術(shù)為一體，不僅能使損

壞的零件恢復(fù)原有或近形尺寸，而且性能達(dá)到或超過原基材水平。由此形成了一門新的光、

機(jī)、電、計(jì)算機(jī)、自動化、材料綜合交叉的先進(jìn)制造技術(shù)。文中介紹了激光再制造系統(tǒng)的組

成、材料選擇原則、多層熔敷后的效果及工業(yè)應(yīng)用實(shí)例。

1、激光再制造系統(tǒng)構(gòu)成

激光再制造技術(shù)的技術(shù)基礎(chǔ)是激光熔敷。激光熔敷原本是一種表面強(qiáng)化技術(shù)，它不涉及

零件精確成形問題。以激光熔敷為修復(fù)技術(shù)平臺，加上現(xiàn)代先進(jìn)制造、快速原形等技術(shù)理念，

則發(fā)展成為激光再制造技術(shù)。它是以金屬粉末為材料，在具有零件原型的CAD/CAM軟件

支持下，CNC（計(jì)算機(jī)數(shù)控）控制激光頭、送粉嘴和機(jī)床按指定空間軌跡運(yùn)動，光束與粉

末同步輸送，形成1支金屬筆，在修復(fù)部位逐層熔敷，最后生成與原型零件近形的三維實(shí)體。

激光器：1?5kWCO2激光器，多模即可，或用0.4?2kWNd：遙G激光器，多模即可。

光學(xué)系統(tǒng)：采用聚焦光束和寬帶光束2種方法，寬帶光束可使熔敷表面光滑平整，而且

沒有裂紋等產(chǎn)生。

送粉器：采用載氣式或非載氣式輸送2種均可。非載氣式送粉，粉末利用率高達(dá)90%,

載氣式僅30%?40%。在進(jìn)行二維以下運(yùn)動修復(fù)時(shí)，采用非載氣式送粉可節(jié)省粉末，從而降

低使用成本。

從光束與粉嘴相互運(yùn)動關(guān)系來看，可分為一維、二維及三維修復(fù)。

紅外溫度監(jiān)控系統(tǒng)：

在激光熔敷修復(fù)過程中，由于多層疊加，熔層表面溫度會隨高度增加而增加，在尖角處

也會引起熱量陡增。必須對熔池溫度面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將測溫結(jié)果反饋給激光器和數(shù)控機(jī)

床，控制激光器功率輸出以及CNC機(jī)床的運(yùn)動速度，以保持熔池溫度穩(wěn)定。其測溫原理為：

激光涂層吸收的能量EA，一部分用于熔化粉末Ep,一部分以熱輻射的形式向外散出ER,'

部分用于熱傳導(dǎo)E「一部分用于與環(huán)境對流E。，即：

EA=EP+ER+ET+EC

根據(jù)黑體輻射定律和為維恩位移定律：XmT=2897.8nm-K,其中Xm為光譜輻射極大值

對應(yīng)波長，T為絕對溫度（K）。由此而進(jìn)行雙波長比色紅外測溫。采用雙波長比色測溫計(jì),

測溫范圍400?2000C,精度系數(shù)±1%。

2、激光再制造與熱噴涂冶金組織比較

修復(fù)材料要與基材基本性能一致，要與基材有互熔性，實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合。修復(fù)層中不能有

裂紋、氣孔，且層內(nèi)組織均勻，與基材結(jié)合界面強(qiáng)度不低于基材強(qiáng)度。目前激光再制造用材

料與常規(guī)熱噴涂技術(shù)基本?致，多為粉末型的Ni基、Fe基、C。基、WC、陶瓷等材料，可

根據(jù)基材性能選用不同修復(fù)材料。

激光修復(fù)層與基體是冶金結(jié)合，層內(nèi)組織均勻細(xì)致，消除了氣孔、裂紋、夾渣等缺陷。

而熱噴涂層與基體不是冶金結(jié)合，界面為機(jī)械粘接，存在氣孔。熱噴涂層內(nèi)有大量氣孔、夾

渣、組織粗大。顯然激光修復(fù)后顯微組織和性能優(yōu)于熱噴涂工藝。

對損傷比較嚴(yán)重的部位，必須進(jìn)行多層熔敷。每層厚度0.54mm,計(jì)30層。每層間的組

織與每層內(nèi)組織比較，稍有些粗大，但總體來看，還是均勻的。熔敷材料為Ni45,多層熔

敷區(qū)的硬度分布和成分(SDX)經(jīng)檢測后，也是均勻的。硬度偏差不過AHV85。表明多層

激光系統(tǒng)熔敷可以獲得大面積的組織和性能均勻的修復(fù)層。

3、激光再制造技術(shù)工業(yè)應(yīng)用及前景展望

激光熔敷技術(shù)誕生以來，作為一種修復(fù)技術(shù)已得到許多重要應(yīng)用。如英國P.R航空發(fā)動

機(jī)公司將它用于渦輪發(fā)動機(jī)葉片的修復(fù)，美國海軍試驗(yàn)室用于修復(fù)艦船螺旋槳葉。國內(nèi)對此

項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用也在近年來取得很大進(jìn)展。天津工業(yè)大學(xué)已將此技術(shù)用于冶金軋輯，拉絲輻的修

復(fù)，石油行業(yè)的采油泵體、主軸的修復(fù)，鐵路、石化行業(yè)大型柴油機(jī)曲軸的修復(fù)，均收到良

好的效果。

目前上述修復(fù)工作都采用一維激光熔敷方法，只能解決部分修復(fù)零件，而且僅是修復(fù)概

念上的工作。事實(shí)上，在生產(chǎn)中還有大量的復(fù)雜貴重裝備需要三維激光再制造技術(shù)，特別是

不能移動的大型設(shè)備需要解決現(xiàn)場修復(fù)問題?？梢灶A(yù)見，隨著該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展與完善，在經(jīng)

濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)中將發(fā)揮巨大作用。

0前言

激光切割是激光加工行業(yè)中最重要的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)，也是激光加工中應(yīng)用最早、使用最

多的加工方法。它占整個激光加工業(yè)的70%以上。激光切割與其他切割方法相比，最大區(qū)

別是它具有高速、高精度和高適應(yīng)性的特點(diǎn)。同時(shí)還具有割縫細(xì)、熱影響區(qū)小、切割面質(zhì)量

好、切割時(shí)無噪聲、切縫邊緣垂直度好、切邊光滑、切割過程容易實(shí)現(xiàn)自動化控制等優(yōu)點(diǎn)。

可切割碳鋼、不銹鋼、合金鋼、木材、塑料、橡膠、布、石英、陶瓷、玻璃、復(fù)合材料等。

激光切割板材時(shí)，不需要模具，可以替代一些需要采用復(fù)雜大型模具的沖切加工方法，能大

大縮短生產(chǎn)周期和降低成本。因此，目前激光切割已廣泛地應(yīng)用于汽車、機(jī)車車輛制造、航

空、化工、輕工、電器與電子、石油和冶金等工業(yè)部門中。

近年來，激光切割技術(shù)發(fā)展很快，國際上每年都以15%-20%的速度增長。我國自1985

年以來，更以每年25%以上的速度增長。當(dāng)然，由于我國激光工業(yè)基礎(chǔ)較差，激光加工技

術(shù)的應(yīng)用尚不普遍，激光加工整體水平與先進(jìn)國家相比仍有較大差距。因此，在我國，激光

切割技術(shù)的推廣和應(yīng)用潛力很大。

激光切割系統(tǒng)主要由機(jī)床主機(jī)、激光器、控制系統(tǒng)三大主要部分組成。控制系統(tǒng)是整個

系統(tǒng)的控制中樞，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的正常工作，主要完成加工軌跡控制、焦點(diǎn)位置控制和

機(jī)、光、電一體的協(xié)調(diào)控制。數(shù)控激光切割機(jī)的研制屬于機(jī)電一體化范疇，它的研制使生產(chǎn)

系統(tǒng)具有友好的人機(jī)界面，方便而易學(xué)的編程方式，以及精確的切割軌跡控制功能，適合于

工業(yè)現(xiàn)場的使用，極大地提高了生產(chǎn)率。

1激光切割機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)

自從第1臺紅寶石激光器于1960年問世以來，激光技術(shù)已被廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)，如

日常生活中的激光打印、CD唱盤與光盤、VCD與DVD視盤、光纖通信、激光測距、激光

掃描條碼。在工業(yè)上，激光被用于切割、焊接、標(biāo)記與熱處理等加工領(lǐng)域。中國的工業(yè)激光

起步并不比西方國家晚，但由于基礎(chǔ)工業(yè)的薄弱和投資力度的不足，使商品化的激光切割機(jī)

研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。目前最大的制造廠家是上海雷鷗激光設(shè)備廠(上海嘉定)，每年可

生產(chǎn)30臺2-5kW的橫流式CO:激光器，供焊接與表面熱處理使用，也可少量生產(chǎn)1.0-1.5kW

軸流式二氧化碳激光器供切割用，南京東方激光公司引進(jìn)德國技術(shù)，每年可生產(chǎn)10臺1.5、

2.0kW封閉式軸流式二氧化碳激光器。此外，長春光機(jī)所和上海光機(jī)所也生產(chǎn)少量工業(yè)激

光器。

我國北京機(jī)床研究所、核工業(yè)部濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所、北京機(jī)電研究院近年也相繼

推出了國產(chǎn)的數(shù)控激光切割機(jī)。沈陽機(jī)床股份有限公司引進(jìn)意大利普瑞瑪公司數(shù)控激光切割

機(jī)制造技術(shù)合資生產(chǎn)，推出了自己的激光器。

目前我國擁有的整臺套的激光切割加工系統(tǒng)不足千臺，而且分布在全國近200家的激光加工

部門中，其中90%為二氧化碳激光器。國產(chǎn)數(shù)控激光切割機(jī)的主要持點(diǎn)是，價(jià)格較低，約

是進(jìn)口價(jià)格的1/3；激光器功率較低，?般為1.5kW以下。與國外機(jī)相比表現(xiàn)為切縫寬，表

面質(zhì)量、機(jī)械精度、整機(jī)的穩(wěn)定性、柔性較差，但具有價(jià)格方面的優(yōu)勢，因此，繼續(xù)深人開

發(fā)和發(fā)展國產(chǎn)化的較高質(zhì)量的數(shù)控激光切割機(jī)，以較低的價(jià)格推向市場是一項(xiàng)很重要的工

作。

2激光切創(chuàng)機(jī)發(fā)展趨勢

(1)高速、高精度激光切割機(jī)

由于大功率激光器光束模式的改善及32位微機(jī)的應(yīng)用，為激光切割設(shè)備的高速、高精

度創(chuàng)造了有利條件。

(2)厚板切割和大尺寸工件切割的大型激光切割機(jī)

隨著可用于激光切割激光器功率的增大，激光切割正從輕工業(yè)薄板的飯金加工向著重工

業(yè)厚板切割方向發(fā)展。

(3)三維立體多軸數(shù)捽激光切割機(jī)

為了滿足汽車、航空等工業(yè)的立體工件切割的需要，目前已發(fā)展了各種各樣的五軸或六

軸三維激光切割機(jī)，其最大加工工件尺寸可達(dá)3600mmx3600mmx600mm,數(shù)控軸數(shù)達(dá)

到九軸，加工速度快，精度高，在6平方米范圍內(nèi)加工誤差僅在0.1mm之內(nèi)。在先進(jìn)國家

的汽車生產(chǎn)線匕激光切割機(jī)器人的應(yīng)用愈來愈多。目前，三維激光切割機(jī)正向高效率、高

精度、多功能和高適應(yīng)性方向發(fā)展，其應(yīng)用范圍將會愈來愈大。

(4)激光切割單元自動化和無人化

為了提高生產(chǎn)率和節(jié)省勞動力，目前激光切割正向著激光切割單元(FMC)和無人化、自

動化方向發(fā)展。發(fā)展這種單元自動化系統(tǒng)，必須依賴于先進(jìn)的自動控制、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)及計(jì)

算機(jī)生產(chǎn)輔助管理系統(tǒng)技術(shù)等。國外已有各種各樣的激光切割單元可供應(yīng)市場，并有由6

臺大型激光切割機(jī)為核心組成的無人化的切割生產(chǎn)線在工廠運(yùn)行。

(5)緊湊型和組合一體化數(shù)控激光切割機(jī)

隨著激光器體積的縮小和功率的增大，以及輔助裝置的不斷完善，出現(xiàn)了把激光器、電

源、主機(jī)、控制系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)裝置等緊密地組合在一起，形成占地面積小、功能完善的

整套緊湊型激光切割機(jī)。此外，激光切割技術(shù)正與激光焊接、激光表面淬火等激光加工工藝

組合，以發(fā)展一機(jī)多用，進(jìn)一步提高設(shè)備的利用率。

1現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的特征

機(jī)械制造科學(xué)是由機(jī)械、計(jì)算機(jī)、信息、材料、自動化等學(xué)科有機(jī)結(jié)合而發(fā)展起來的一

門跨學(xué)科的綜合科學(xué)，它隨不同對象和時(shí)間而改變功能結(jié)構(gòu)及信息系統(tǒng)，具有以卜一特征:（1）

柔性、集成、并行工作?，F(xiàn)代機(jī)械制造系統(tǒng)具有多功能性和信息密集性，能夠制造生產(chǎn)成本

與批量無關(guān)的產(chǎn)品，能按訂單制造，滿足產(chǎn)品的個性要求。（2）制造智能化。能夠代替熟練

工人的技藝，具有學(xué)習(xí)工程技術(shù)人員多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和知識的能力，并用以解決生產(chǎn)實(shí)際問題。

智能制造系統(tǒng)能發(fā)揮人的創(chuàng)造能力和具有人的智能和技能，強(qiáng)調(diào)以人為系統(tǒng)的主導(dǎo)者這一總

的概念。在智能制造系統(tǒng)中，智能和集成并列，集成是智能的重要支撐，反過來智能又促進(jìn)

集成水平的提高。（3）設(shè)計(jì)與工藝一體化。傳統(tǒng)的制造工程設(shè)計(jì)和工藝分步實(shí)施，造成了工

藝從屬于設(shè)計(jì)、工藝與設(shè)計(jì)脫離等現(xiàn)象，影響了制造技術(shù)的發(fā)展。產(chǎn)品設(shè)計(jì)往往受到工藝條

件的制約，受到制造可靠性、加工精度、表面粗糙度、尺、『等限制。因此，設(shè)計(jì)與工藝必須

密切結(jié)合，要以工藝為突破口，形成設(shè)計(jì)與工藝的一體化。（4）精密加工是關(guān)鍵。精密和超

精密加工技術(shù)是衡量先進(jìn)制造技術(shù)水平的重要指標(biāo)之一。當(dāng)前，納米加工技術(shù)代表了制造技

術(shù)的最高精度水平。（5）產(chǎn)品生命周期的全過程?，F(xiàn)代制造技術(shù)是一個從產(chǎn)品概念開始，到

產(chǎn)品形成、使用，一直到處理報(bào)廢的集成活動和系統(tǒng)。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，不僅要進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)

計(jì)、零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)，而且特別強(qiáng)調(diào)拆卸設(shè)計(jì)。使產(chǎn)品報(bào)廢處理時(shí)，能夠進(jìn)行材料的再

循環(huán)。節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境。（6）人、組織、技術(shù)三結(jié)合?，F(xiàn)代制造技術(shù)強(qiáng)調(diào)人的創(chuàng)造性和

作用的永恒性;提出了由技術(shù)支撐轉(zhuǎn)變?yōu)槿恕⒔M織、技術(shù)的集成;強(qiáng)調(diào)了經(jīng)營管理、戰(zhàn)略決策

的作用。在制造工業(yè)戰(zhàn)略決策中，提出了市場驅(qū)動、需求牽引的概念，強(qiáng)調(diào)用戶是核心，用

戶的需求是企業(yè)成功的關(guān)鍵，并且強(qiáng)調(diào)快速響應(yīng)市場需求的重要性。

2現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的內(nèi)容和發(fā)展方向

2.1綠色制造CIM

綠色制造是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式。綠色制造是可持續(xù)發(fā)展

戰(zhàn)略在制造業(yè)中的重要體現(xiàn)，其目標(biāo)是使產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造、裝配、運(yùn)輸、銷售及使用的整

個過程中努力做到資源的優(yōu)化利用、清潔生產(chǎn)和廢棄物的最少化及綜合利用。要力求實(shí)現(xiàn)切

削加工工藝的綠色化。目前這一綠色加工工藝主要集中在不使用切削液上，這主要是因?yàn)榍?/p>

削液既污染環(huán)境和危害工人健康，又增加資源和能源的消耗。而干切削和干磨削一般是大氣

氛圍中（氮?dú)庵?、冷風(fēng)中或采用干式靜電冷卻技術(shù)）不使用切削液進(jìn)行的切削。不過對某些加

工方式和工件組合，完全不使用切削液的干切削和干磨削在實(shí)際中很難實(shí)現(xiàn)，故又出現(xiàn)了使

用極微量潤滑（MQL）的準(zhǔn)干切削。目前，在歐洲的大批量機(jī)械加工中，已有10%-15%的加工

使用了干切削和準(zhǔn)干磨削。

2.2計(jì)算機(jī)集成制造CIM

CIM就是通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)信息集成，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的生產(chǎn)制造，求得企業(yè)的總體效益，

使企業(yè)能夠持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，計(jì)算機(jī)集成制造已成為規(guī)模生產(chǎn)的主

要科技，企業(yè)從市場預(yù)測、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造、經(jīng)營管理直至售后服務(wù)是一個不可分割的

整體，需要統(tǒng)籌考慮，集成制造主要指:（1）人員集成。管理者、設(shè)計(jì)者、制造者、保障者（負(fù)

責(zé)質(zhì)量、銷售、采購、服務(wù)等的人員），以及用戶應(yīng)集成為?個協(xié)調(diào)整體。（2）信息集成。產(chǎn)

品生命周期中各類信息的獲取、表示、處理和操作工具集成為一體，組成統(tǒng)一的管理控制系

統(tǒng)。特別是產(chǎn)品信息模型（PIM:ProductInformationModel）和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM:ProductData

Management）在系統(tǒng)中應(yīng)得到?體化的處理。（3）功能集成。產(chǎn)品生命周期中企業(yè)各部門功能

集成，以及產(chǎn)品開發(fā)與外部協(xié)作企業(yè)間功能的集成。（4）技術(shù)集成。產(chǎn)品開發(fā)全過程中涉及

的多學(xué)科知識以及各種技術(shù)、方法的集成，形成集成的知識庫和方法庫，以利CIMS的實(shí)施。

2.3柔性制造FM

柔性制造系統(tǒng)（FMS）是由統(tǒng)一的控制系統(tǒng)（信息流）、物料（工件、刀具）和輸送系統(tǒng)（物料

流）連接起來的一組加工設(shè)備，能在不停機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)多品種、小批量零件的加工，并具

有一定管理功能的自動化制造系統(tǒng)。柔性制造技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動態(tài)市場需求及產(chǎn)品迅速更

新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢，是先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。數(shù)控技術(shù)的成

熟及單臺數(shù)控設(shè)備的問世，使許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家開始了柔性制造系統(tǒng)的研究。FMS包括許

多個柔性制造單元，它能根據(jù)制造任務(wù)和生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進(jìn)行調(diào)整，適用于多品種、中

小批量的生產(chǎn)。著重突破了成批生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益一定大于單件生產(chǎn)的傳統(tǒng)觀念。FMS是在

自動化技術(shù)、信息技術(shù)及制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，將以往企業(yè)中相互獨(dú)立的工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造

及經(jīng)營管理等過程，在計(jì)算機(jī)及軟件的支撐下構(gòu)成一個覆蓋整個企業(yè)的完整而有機(jī)的系統(tǒng)，

以實(shí)現(xiàn)全局動態(tài)最優(yōu)化，總體高效益、高柔性，并進(jìn)而贏得競爭全勝的智能制造系統(tǒng)。

激光束具有單色性好、能量密度高、空間控制性和時(shí)間控制性良好等一系列優(yōu)點(diǎn)目前它已

廣泛應(yīng)用于材料加工等領(lǐng)域。激光加工的行業(yè)包括汽車制造、航天航空、電子、化工、包裝、

醫(yī)療設(shè)備等。與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)相結(jié)合激光加工技術(shù)已成為工業(yè)生產(chǎn)自動化的關(guān)鍵技術(shù)擁有

普通加工技術(shù)所不能比擬的優(yōu)勢。例如激光加工為激光束具有單色性好、能量密度高、空間

控制性和時(shí)間控制性良好等一系列優(yōu)點(diǎn)目前它已廣泛應(yīng)用于材料加工等領(lǐng)域。激光加工的行

業(yè)包括汽車制造、航天航空、電子、化工、包裝、醫(yī)療設(shè)備等。與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)相結(jié)合激

光加工技術(shù)已成為工業(yè)生產(chǎn)自動化的關(guān)鍵技術(shù)擁有普通加工技術(shù)所不能比擬的優(yōu)勢。例如激

光加工為非接觸式加工、速度快、無噪聲、可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜形狀的高精度加工目的且無通常

意義上的"刀具"磨損無需更換"刀頭"。我國激光加工市場前景廣闊預(yù)計(jì)平均每年以20-30%

的速率遞增。

一、多支PCB激光微通道打孔技術(shù)

近年來激光技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高密度印刷線路板微通道打孔及芯片封裝設(shè)備中最新

的世界微通道打孔信息顯示每年有超過300000萬平方米的高密度多層印刷線路板是用激光

來打孔的。用于PCB微通道打孔的早期激光打孔設(shè)備是單頭的UVYAG激光器或單頭的C02

激光器隨著微通道打孔產(chǎn)量的要求不斷提高許多生產(chǎn)廠家開始研制雙頭激光打孔設(shè)備。目前

市場上主要的三種雙頭激光打孔設(shè)備:雙頭C02激光系統(tǒng)、雙頭UV激光系統(tǒng)、混合激光系

統(tǒng)(UV和C02)。

有兩種比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的激光技術(shù)用于PCB板的微通道打孔；C02激光波長在遠(yuǎn)紅外區(qū)

域打孔直徑〉100微米。W激光波長在紫外區(qū)域廣泛用打孔的直徑〈100微米甚至孔徑縮小

到〈50微米的情況。在紫外激光技術(shù)中半導(dǎo)體泵浦UV激光器已經(jīng)成為工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)激光器

它可提高傳輸?shù)焦ぜ砻娴膯蚊}沖能量。

二、激光焊接塑料

1.激光焊接塑料的優(yōu)點(diǎn)隨著塑料在汽車、醫(yī)療設(shè)備及電子等行業(yè)的零部件設(shè)計(jì)、制造上

日趨廣泛的使用大功率光纖激光塑料焊接系統(tǒng)可完全滿足塑料制品的加工過程中快速有效

干凈的塑料的使用大功率光纖激光塑料焊接系統(tǒng)可完全滿足塑料制品的加工過程中快速、有

效、干凈的塑料焊接方式。

目前國內(nèi)市場上普遍使用的塑料焊接技術(shù)主要有振動摩擦焊接、熱板式塑料焊接及超聲

波焊接等。主要用于連接敏感性塑料制品(含有線路板)、具有復(fù)雜幾何形狀的塑料件以及有

嚴(yán)格潔凈要求的塑料制品(醫(yī)藥設(shè)備)等等。光纖激光焊接塑料技術(shù)主要有以下幾方面的優(yōu)

點(diǎn)：

(1)能生成精密、牢固和密封(不透氣和不漏水)的焊接樹脂降解少、產(chǎn)生的碎屑少。

(2)易于控制具有良好的適應(yīng)性可焊接尺寸小或外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件。

(3)極大地減小了制品的振動應(yīng)力和熱應(yīng)力。

(4)能夠?qū)⒃S多種類不同的材料焊接在一起。激光塑料焊接技術(shù)在歐美等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)

得到了一定的應(yīng)用我國在這方面尚是空白。

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兩種塑料在低壓力下被夾緊在起激光穿過一個制品然后

被另外一個制品吸收吸收激光能量的制品將光能轉(zhuǎn)化為熱能在塑料的接觸面熔化形成一個

焊接區(qū)。

常用的焊接方法主要有：

a.激光束沿著焊縫處快速掃描達(dá)到焊接的目的。

b.通過光學(xué)元件將激光束整形同時(shí)在焊縫處產(chǎn)生熱量。

c.照射掩膜焊接激光束僅加熱制品上沒有被掩膜遮住的部分可以快速焊接復(fù)雜的焊縫。

d.激光束固定塑料工件置于受程序控制的多維可移動的工作臺上。

三、大功率光纖激光器在船舶制造業(yè)中的應(yīng)用

1.激光加工技術(shù)在造船工業(yè)中應(yīng)用的優(yōu)勢造船工業(yè)中激光加工主要優(yōu)點(diǎn)：

(1)船艦載重量EI益壇加要求使用非常薄的平板激光焊接避免了加工時(shí)的熱影響；

(2)激光可以采用光纖等靈活的輸出方式因此甲板、船體等大表面尺寸的工件加工可以

不受工作臺尺寸的影響。

(3)力日工非接觸速度快邊緣光滑高度自動化大大降低造船成本及時(shí)間。

2.國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀

歐美及日本主要的大型船廠已大量采用激光加工技術(shù)。目前美國、歐洲等地區(qū)正在進(jìn)行

大功率光纖激光工業(yè)加工設(shè)備的開發(fā)正在開發(fā)的有2KW、6KW輸出的工業(yè)級光纖激光器的

加工設(shè)備的二次開發(fā)。我國已開發(fā)出了中小功率系列工業(yè)光纖激光設(shè)備但大功率光纖激光器

工業(yè)加工應(yīng)用尚是空白在我國造船工業(yè)中幾乎還沒有使用激光加工技術(shù)。

3.大功率光纖激光器在船舶制造業(yè)中的優(yōu)勢及展望

光纖激光器是近幾年激光領(lǐng)域里極其關(guān)注的熱點(diǎn)，在加工領(lǐng)域光纖激光器有迅速替代傳

統(tǒng)的YAG、C02激光器的趨勢。人們普遍認(rèn)為大功率光纖激光器將是第三代最先進(jìn)的工業(yè)

加工激光器。

光纖激光器具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)光束質(zhì)量好:體積小重量輕免維護(hù);風(fēng)冷卻簡單易操件;

運(yùn)行成本低可在工業(yè)環(huán)境卜使用；壽命長加工精度高、速度快；電能轉(zhuǎn)化效率高可以實(shí)現(xiàn)智

能化、自動化、柔性化操作等?；谏鲜龅膬?yōu)點(diǎn)其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)擴(kuò)展到汽車制造、船舶制造

和航空制造業(yè)等的金屬和非金屬材料的激光切割、激光焊接等方面。

激光加工技術(shù)一直是國家重點(diǎn)支持和推動應(yīng)用的?項(xiàng)高新技術(shù)，特別是政府強(qiáng)調(diào)要振興制造

業(yè)，這就給激光加工技術(shù)應(yīng)用帶來發(fā)展機(jī)遇。在國家制定中長遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃時(shí)，又將激光加

工列為關(guān)鍵支撐技術(shù)，因?yàn)樗婕皣野踩?、國防建設(shè)、高新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和