激光科技的發(fā)展

激光是一種光，與其他自然光一樣，是由原子(分子或離子等)躍遷產(chǎn)生的。 但它與普通光不同是激光僅在最初極短的時(shí)間內(nèi)依賴于自發(fā)輻射，此后的過程完全由激輻射決定，因此激光具有非常純正的顏色，幾乎無發(fā)散的方向性、極高的發(fā)光強(qiáng)度和高相干性。

激光切割是應(yīng)用激光聚焦后產(chǎn)生的高功率密度能量來實(shí)現(xiàn)的。在計(jì)算機(jī)的控制下，通過脈沖使激光器放電，從而輸出受控的重復(fù)高頻率的脈沖激光，形成一定頻率，一定脈寬的光束，該脈沖激光束經(jīng)過光路傳導(dǎo)及反射并通過聚焦透鏡組聚焦在加工物體的表面上，形成一個(gè)個(gè)細(xì)微的、高能量密度光斑，焦斑位于待加工面附近，以瞬間高溫熔化或氣化被加工材料。每一個(gè)高能量的激光脈沖瞬間就把物體表面濺射出一個(gè)細(xì)小的孔，在計(jì)算機(jī)控制下，激光加工頭與被加工材料按預(yù)先繪好的圖形進(jìn)行連續(xù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)打點(diǎn)，這樣就會(huì)把物體加工成想要的形狀。

切縫時(shí)的工藝參數(shù)(切割速度，激光器功率，氣體壓力等)及運(yùn)動(dòng)軌跡均由數(shù)控系統(tǒng)控制，割縫處的熔渣被一定壓力的輔助氣體吹除。

我國(guó)激光加工產(chǎn)業(yè)可以分為四個(gè)比較大產(chǎn)業(yè)帶，珠江三角洲、長(zhǎng)江三角洲、華中地區(qū)和環(huán)渤海地區(qū)。有一定規(guī)模的企業(yè)約300家。

2017年我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值約為800多億元。主要包括:激光加工裝備產(chǎn)業(yè)達(dá)到350億元（其中，用于切割、打標(biāo)和焊接的高功率激光設(shè)備占據(jù)了67%的市場(chǎng)份額）；激光加工在重工業(yè)、電子工業(yè)、輕工業(yè)、軍用、醫(yī)療等行業(yè)的應(yīng)用達(dá)到450億元。預(yù)計(jì)在今后三年，我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)平均行業(yè)復(fù)合成長(zhǎng)率將不低于20%。

激光切割產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)激光產(chǎn)業(yè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為一定工業(yè)規(guī)模的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。激光切割機(jī)目前正在取代傳統(tǒng)沖床，中國(guó)2017年銷售約3000臺(tái)，還在呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)，估計(jì)中國(guó)的年需求量在萬臺(tái)。正在形成系列化的激光切割產(chǎn)品，從中功率到大功率、從二維切割到三維切割，從小幅面切割到大幅面切割。希望切割機(jī)的系列產(chǎn)業(yè)化，能帶動(dòng)光學(xué)機(jī)械、高功率光學(xué)鏡片、激光加工數(shù)控系統(tǒng)及機(jī)床的產(chǎn)業(yè)鏈完善。

隨著激光切割設(shè)備的不斷普及，金屬下料的精度不斷提升，為激光焊接奠定了市場(chǎng)基礎(chǔ)，未來激光金屬薄板的焊接市場(chǎng)，比激光切割的市場(chǎng)還要大，必須現(xiàn)在做好產(chǎn)品技術(shù)基礎(chǔ)工作，先從汽車高端應(yīng)用入手，逐步普及到鈑金行業(yè)的普通應(yīng)用。

激光切割焊接裝備發(fā)展方向

（1）以汽車應(yīng)用為主的激光柔性加工技術(shù)，激光焊接機(jī)器人。

基于機(jī)器人激光加工系統(tǒng)，可加工一些用傳統(tǒng)方法加工比較困難的零件，應(yīng)用于汽車制造業(yè)，將電阻點(diǎn)焊改為激光焊，焊速提高10倍，強(qiáng)度增加20%。把不同材質(zhì)和厚度的沖壓件毛坯用激光焊接在一起后再進(jìn)行沖壓，可大大減少模具數(shù)量，材料利用率提高10%以上。

激光遠(yuǎn)程掃描焊接正在成為一種替代傳統(tǒng)汽車白車身應(yīng)用中電阻點(diǎn)焊的一種手段。激光遠(yuǎn)程掃描焊接技術(shù)發(fā)揮了單側(cè)，非接觸式激光焊接帶來的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，并將其與高速掃描鏡片帶來的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，大大縮短了焊接時(shí)間。

采用高功率光纖激光器或者碟片激光器，研究機(jī)器人6軸與振鏡3軸的聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，汽車底板激光遠(yuǎn)程掃描焊接生產(chǎn)線與汽車車門激光遠(yuǎn)程掃描生產(chǎn)線工藝規(guī)劃，激光遠(yuǎn)程掃描焊接工藝與質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)等，滿足三維車身焊點(diǎn)的高效定位，車門激光焊接長(zhǎng)度≥4000mm，底板激光焊接長(zhǎng)度≥4000mm，激光焊接速度≥30m/min。

（2）高強(qiáng)鋼、超高強(qiáng)鋼、特鋼等中厚板高功率光纖激光及其MIG復(fù)合焊接技術(shù)。

目前此類鋼普遍采用低C調(diào)質(zhì)技術(shù)，采用常規(guī)焊接方法易于出現(xiàn)冷裂紋、熱影響區(qū)軟化和脆化等問題，而采用激光及其復(fù)合焊接等能量密度大的焊接方法，提高焊接性能和生產(chǎn)效率。

（3）厚鋼板大幅面激光切割焊接技術(shù)。

解決高功率、大幅面、多自由度、飛行光路CO2激光切割系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

使國(guó)產(chǎn)高端大型激光切割設(shè)備在船舶、鋼鐵、工程機(jī)械、軍工等重工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用獲得突破，并取代進(jìn)口設(shè)備。船板采用激光及其復(fù)合焊接技術(shù)可以有效地避免焊接中的鋼板或構(gòu)件變形，提高焊接工作的效率。采用激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)進(jìn)行長(zhǎng)輸管道現(xiàn)場(chǎng)焊接。激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)的開發(fā)成功地彌補(bǔ)了單純激光焊接存在的不足。德國(guó)的Meyer船廠將激光-GMAW復(fù)合焊接技術(shù)，進(jìn)行15mm厚鋼板（20m×20m）的拼焊和20m長(zhǎng)12mm厚鋼板的角焊。

（4）大力發(fā)展光纖激光切割焊接系統(tǒng)

主要用于鈑金切割。在航空航天設(shè)備、船舶制造、儀器儀表、機(jī)電產(chǎn)品、汽車制造等行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。重點(diǎn)開發(fā)帶鋼激光在線焊接設(shè)備、轎車車身激光焊接系統(tǒng)、面向航空航天應(yīng)用的大功率激光焊接設(shè)備。

（5）基于航空航天應(yīng)用的有色金屬的激光加工技術(shù)。

開展鋁、鎂、銅、鈦合金，以及粉末冶金等特殊材料的激光焊接技術(shù)研究，研究高強(qiáng)度鋁合金的填絲材料研究，力爭(zhēng)在厚度為10－20mm的高強(qiáng)鋁合金板激光焊接技術(shù)方面有所突破，并爭(zhēng)取在飛機(jī)制造、輪船制造以及武器裝備等領(lǐng)域中得到初步應(yīng)用。研究有色金屬、中厚板高功率光纖激光及其MIG復(fù)合焊接技術(shù)、填絲復(fù)合焊接技術(shù)。

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