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激光加工技术在机械制造业中的应用

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    激光加工技术一直是国家重点支持和推动应用的一项高新技术,特别是政府强调要振兴制造业,这就给激光加工技术应用带来发展机遇。在国家制定中长远期发展规划时,又将激光加工列为关键支撑技术,因为它涉及国家安全、国防建设、高新技术的产业化和科技前沿的发展,这就把激光加工提升到很高的重视程度,也必将给激光加工机的制造和升级带来很大的商机。

    从中国光学光电子行业协会激光分会的逐年统计看,激光加工装备的年销售额一直在高速增长。如2003年比2002年增长 21.6%,2004年比2003年增长18%。充分说明,激光加工技术在我国已经从研究,实验探索中走出了象牙之塔,走上实用化的道路。崛起一批激光加工装备制造企业,生产出成千上万台满足应用的激光加工机。保持销售额年增长在20%左右。由于对国内市场的各种宣传、展示、普及和为用户培训,也大大地把激光加工的市场拓大拓宽,给国内用户带来采用这种先进制造技术的信心和决心,促成激光加工得以越来越广泛应用的外部环境,这便是我们经常说的市场牵动。市场牵动又推动着激光加工机的热销,如此这般,形成连锁反应。正因如此推动,目前已经形成激光加工机生产企业达200余家,从业人员近2万,其中科技人员约占50%,具有中高级职称的员工约占30%,已经形成一支具有相当实力的产业队伍。同时,也吸引了世界各地许多激光加工设备制造商的关注和跟进,国内市场已经国际化了。

     一、激光切割机产品的高速发展

前几年,国内在销的激光切割机大部分为国外进口产品,国内产品所占份额甚小。随着用户对激光切割技术特点的逐步深入了解和示范性采用,带动了国内企业纷纷转向生产激光切割机。

 估计国内市场近期销售量1~4KW激光切割机达300~350台,国内供货可占200余台,其他100余台为国外产品,来自德国、瑞士、日本、韩国、比利时等国。目前瑞士百超已在国内组装激光切割机,并已开始销售。

    这些激光切割机的用户,包括电气制造、电梯业、运输机械、石油工业、纺织机械、粮食机械、医疗机械、灯具、装饰、包装业以及激光加工站和科研院所的多方面应用。

   CO2激光切割技术是激光加工应用最广泛的技术之一。据我了解:欧洲已安装了12000台,北美安装有11000台,日本安装有10000台。我国台湾安装已超过500台。中国大陆安装数约为800台,功率逐渐由2000W提升到3KW、4KW,从以上可看出CO2激光切割机已经成为国内主要热品产品。随着应用面扩大,高功率CO2激光器国内产品的逐步过关,必将牵引我国激光销售快速增长。

    二、激光打标机 (标记机)将继续前冲

    按照全球对激光加工系统销售总量的统计,激光打标机仅次于激光切割机,占第二位。近年来,接近激光切割机销售量,各占总量的1/3左右。而我国则相反,激光打标机的销售额一直占国内激光加工销售额的50%以上,在较大范围内占领了国内市场,并大大地开拓了应用的工业领域,可以说,比国外的应用面要广泛得多。已应用的行业有电子工业、汽车工业、工具量具、航空航天、仪器仪表、包装工业、医疗产品、家用电器、键盘、面板、广告标牌、证件卡片、日常用品、珠宝钻石等领域。

    标记对象的材料可以是各类金属和非金属。如不锈钢、铝合金、有机玻璃、塑料、陶瓷、合成材料、木材、橡胶、皮革制品、纸制品、印刷电路板、多种电子电器元件、香烟、钮扣、雷管、金属零件,一直到食品包装、药品包装,以至螃蟹等。其年销售台数约为4000~5000台。它所采用的激光器由灯泵 Nd:YAG激光器,玻璃管或金属腔的CO2激光器,近年,光纤激光器和全固态激光器正批量进入打标生产企业,与之配套。打标机可对零件在固定位置打标也可对在流水线上物品进行飞行打标。我国生产打标机较知名企业有大族激光、华工激光、楚天激光、大恒激光、桂林星辰激光、志恒达激光等公司,还有众多生产激光打标机的中小企业也是重要的单位,它们一起把我国的打标机市场做得越来越大,应用面越来越宽,目前也开始批量出口。特别值得一提的是很有实力的企业,自行开发、生产七彩打标机,一时间订购此种打标机的单位甚多,相信这种创新产品会获得更大发展。

    三、25W~100W级激光加工机

    这里主要指采用25W~100W级CO2激光器,加上以X-Y桌面工作台系统为主的机型,同时也有用Nd:YAG激光器加振镜集成的加工机。它可以进行雕刻包括内雕、裁剪、镂空、绣花和切割加工。种类多、价位低、用途广、适合国情。年产量在6000台左右。广泛用于印章、柔性板、礼品、广告、标牌、工艺品以及工业用非金属制品。可对牛角、玻璃、塑料、橡胶制品、竹木制品、合成材料、布料、皮革等材料进行激光加工。由于它是电脑排版、自控、不接触加工、速度快(比手工或其它加工方式快许多)智能化程度高,操作方便等独特优点,所以占据了国内广大市场,并且销往中东、东南亚、南美、东欧、非洲等地颇受欢迎。生产X-Y工作台机型知名度较高的由浙江博业激光、广东粤铭激光和武汉金运激光等公司,它们的迅速崛起形成了生产格局,目前博业激光已建成 35000平米的厂房,金运激光建成10000平米厂房,粤铭激光不仅进一步扩大原产地生产能力,还在上海建立分厂。这种机型除雕刻柔性橡胶,竹简外还进入激光剪裁服装、皮革、绣花等工作,使这些企业产品升级,促进了市场发展,它们已将送料、收料、原料负压吸附、自动摄像定位、双头裁剪等技术逐步加以应用,使激光加工设备可以融入服装生产的自动化流水线作业中,使产品智能化升级。

    值得一提的是激光内雕机也是迅速发展的产品之一,它是通过激光诱导在玻璃体内形成炸裂点的光散射构成白色立体内雕图像。近期本技术又取得进一步发展。国内某单位开发出彩色内雕技术,可在玻璃体内相继打出红、橙、黄、蓝、紫等色彩的图案,不久产品即将投放市场。给内雕制品增添光彩。

 四、用于再制造业的激光熔覆技术及装备

    再制造工程是以产品全寿命周期理论为指导的工程实践。装备的论证、设计、制造、使用、维修、回收的全部费用称作全寿命周期费用,传统上只重视装备的“前半生”,(这个周期仅占20~40%的费用),而往往忽略了“后半生”,即使用、维修和报废阶段的费用。

装备的再制造工程是以装备的“后半生”为对象,以提高利用率、节约资源、环境保护、坚持可持续发展的一门工程技术。再制造技术的发展必须融入高新技术、使得陈旧部件和装备获得重新获得高品质,高附加值的产品,所以再制造业是实现跨越式发展,完全符合国家政策的一项重要技术。美国的再制造业产值达 530亿美元,从业人员达48万人,他们称“再制造业是潜在的巨人”。我国这方面已开始启动。

    激光加工技术用于再制造业和应用于其他制造业一样,有其不可替代的优点,并优于其它加工技术。

    激光加工用于再制造业是由相变硬化发展到激光表面合金化和激光熔覆,由激光合金涂层发展到复合涂层及陶瓷涂层,从而使得激光表面改性技术成为再制造的一项重要手段。它主要是采用5KW~10KWCO2高功率激光器及其系统。年销售量约100台。这方面较突出的是大陆激光,他们在实践中应用了激光显微仿形熔覆技术,较大范围应用到电力、石化、冶金、钢铁、机械的工业领域,修复了涡轮动力转动装置的重要零部件,一直到机组,如烟气轮机、离心式压缩机、螺杆压缩机、大型汽轮机、发电机、蒸汽轮机等近千台,同时还生产激光器及机组,成为这种技术的国内领头企业。其它还有金石凯激光、华工激光、团结激光。

    国内以激光加工站形式出现从事这方面业务的有中科院金属所、北京、天津、杭州等地高校激光工程中心都为激光加工应用于再制造业发挥了较大作用。

   五、激光焊接技术与装备

   激光焊接技术在国内的应用正迅速扩大,其销售额仅次于打标和切割。它主要用于电池、电器、仪表、五金工具及钢铁、航空航天、汽车等工业。

   应用分三大类:一类是用于移动通讯如手机电池的焊接,其他如电容、电器、仪器仪表元器件的焊接。这些焊接设备主要采用Nd:YAG激光器;工作台有的是多工位,生产这类设备量较大的知名度较高的有武汉楚天激光、华中激光、大族激光和天津力能激光等。生产手机电池最大的比亚迪公司自己也开发;自装自用。

    第二类主要是对金刚石锯片的激光焊接。目前欧洲已禁止使用热阻焊的金刚石锯片。而大量采用CO2激光器将金刚石刀头焊接到锯片基体上,这种工艺符合安全要求。据报道,基建业使用的金刚石刃具中,消耗最大的为激光焊接金刚石锯片,需求量约合30亿美元。由此也带动国内企业投入这项激光焊接工艺及装备生产中去,我国年出口值约为3000万美元,年出口增长率增高的原因之一是我国人造金刚石刀头的粉末冶金较好有关。

    此外国内随着各类基建工程、空调安装、石材工业的拓展,对金刚石锯片年需求量也约合10亿人民币,高档石材加工也部分要用激光焊接金刚石锯片。国内生产激光焊接金刚石锯片较大企业有华工激光、武汉团结激光等。生产激光焊接锯片系统的有华工激光、武汉团结激光、济南捷迈、上海团结普瑞玛等单位,多为多工位焊接系统。

 第三类是激光焊接钢板,这方面的应用多在钢铁工业(如钢板在线拼焊、带钢拼焊等)、汽车板拼焊(有的在钢铁厂、有的在汽车厂)以及各种壳体类零件焊接、其激光焊接系统不是定型产品,多为“量身定做”。


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