3．钣金切割 
         
        1967年，英国人Sullivan和Houldcroft发明了气体射流辅助喷嘴，加上从1970年开始激光成为一种金属切割的工具，钣金切割应用逐渐成为今日工业激光系统制造业中最大的收入来源。英国焊接研究所研发的喷嘴走向商业化，被介绍给潜在激光系统的工业用户，那一激光系统由德国Messer Greisheim公司和英国氧气公司开发，配有英国Ferranti公司出品的400W半封离式CO2激光器。之后激光功率增加到1千瓦，并被首次安装在英国伯明翰外的一家加工车间，开启了加工车间采用激光钣金切割的先河（见图3）。初次安装之后，全球范围内安装了超过75000台钣金切割系统，预计总价值超过450亿美元。激光钣金切割是目前为止应用最广的高功率工业激光加工技术。 

图3、英国一家加工车间用激光切割不锈钢

        日本的主要贡献之一就是1985年天田公司研发的“净切削”，在此基础上，1986年又推出一款系统，能在3毫米的不锈钢上完成无氧化切割。后来在80年代末，德国通快公司采用射频激励CO2激光器开发出了惰性气体（熔合）切割。这些加工技术为高质量的金属切割打开大门，免去了二次加工，是一次重大的工业进步。
        
        激光金属切割系统的供应商对许多广泛应用在不同行业的技术革新贡献了力量。其中包括：同轴气体射流喷嘴，自动高度感应和聚焦头分离装置，电脑控制的激光切割工艺，非活性气体辅助非铁金属切割，高速直线运动系统，高功率、更可靠的二氧化碳激光器，特别是射频激励和封离单元，远程视频现场支持，高速移动工作台和原料储存塔，自动喷嘴清洗，快速更换切割头，以及大量的其它系统和技术进步。
        
        激光钣金切割在所有工业激光系统中创造的利润最大，有一半的年度收入来自该领域的激光设备销售。 
         
        4．涡轮叶片上的钻孔 
         
        第一个实用且增值的红宝石激光工业应用由Ted Maiman公司发明——在飞机发动机涡轮上的冷却叶片钻孔。由于这些引擎工作时温度上升，必须找到一种方法冷却刀片，以防止热损伤。通用电气公司在1970年完成了一项发明，他们使用了美国SpaceRays公司生产的脉冲红宝石激光系统，钻出一系列的小孔，让薄膜状的冷却气体流经叶片表面。1974年美国Raytheon公司生产出了多红宝石激光系统（见图4）。红宝石激光具有尖峰能量输出，是一种完美的钻小孔的方法，它唯一的缺点是缓慢的脉冲重复频率。此种激光系统后来被Raytheon公司生产的Nd:YAG 激光器取代，其具有较高的峰值功率和更快的重复率，从而成为该应用的首选激光器。 

 
图4、红宝石激光为涡轮叶片打孔
（通用电气公司）  

        因为激光打孔过程为脉冲固体激光器的发展带来挑战，设备供应商们研发出新的、更高效的固态激光器和多轴计算机控制处理系统。对易碎裂材料进行钻孔的时候，要求脉冲整形以控制好热量输入，冲孔技术能产生狭长平滑的深孔，而这需要用能量密度分布良好的圆形光束来实现。
        
        从1970年代初期得到首次商业化安装以来，共有600多台自动化激光系统被安装在OEM制造厂，主要是分包商工厂当中。
        
        该应用推动了许多激光技术分支的发展，包括：更高亮度的激光器，更可靠的激光器，精密多轴定位系统，快速且精确更换的夹具，计算机控制的光束聚焦，激光冲孔工艺，防止后壁冲击的穿透检测，成型钻孔程序以及飞行钻孔技术等。 
         
        5．拼焊板的激光焊接 
         
        具有良好的光束质量和可靠输出功率的高功率CO2激光器是用在汽车车身制造中钢板焊接的首选。第一次激光拼焊试验是在1981年的英国莱兰，而真正的使用是在1983年——德国汽车制造商奥迪需要足够大的金属板材冲压进轿车底盘，这次才是公认的首次关于激光拼焊板的生产。由于德国钢厂没有合适尺寸的钢板，Thyssen Steel公司采用Rofin Sinar 1.5千瓦CO2激光器将两块现有的钢板焊接在一起，以满足冲压所需要的尺寸（见图5）。因此诞生了激光拼焊的业务，现在全球各大汽车生产商广泛采用此技术加工的零部件。 

       
        
图5、激光焊接镀锌汽车底盘 

　　1984年丰田公司震惊了全球的汽车业，该公司在凯美瑞车上推出了激光焊接五片式车轮挡圈，允许选择金属的厚度，以减少重量，从而能节省更多的燃料。由于汽车业对拼焊部件的需求逐年上升，兴起了一批生产拼焊板的分包商，他们需要购买更高功率（高达8kW）的CO2激光器。
        
        激光拼焊用来设计和生产更轻、更节能的交通工具，贡献巨大。其将不同种类、厚度的钢材接合起来的能力使得设计师能够极大地提升车身设计；在最大限度减少标准组件数量的情况下，仍能满足严格的碰撞标准。
        
        随着高功率（> 4千瓦）二极管泵浦Nd:YAG激光器和光纤激光器的推出，新一代的焊接系统正被安装在发展中国家市场中。迄今超过400台价值20亿美元的设备已被安装在世界各地的汽车装配厂中。激光拼焊的应用推动了在线焊接监控器和光束质量设备的发展，改善了激光器光束质量和机器人/激光系统。 

        从1984年以来，激光拼焊的应用呈逐年增长的趋势。例如，从2000年以来，约有价值18亿美元的激光拼焊板在世界各地生产出来。到2008年，一家美国供应商在17年期间，已为50 家车辆生产平台制造出多达9000万块的激光拼焊板。 
         
(作者：David A. Belforte  )