钓鱼岛危机——汽车领域的激光“攻坚战”
安全气囊,地毯,玻璃纤维切割
激光切割可以实现精密控制并且重复性好,切割过程没有工具磨损。对于小的加工区域振镜扫描系统可用来将激光束指向切割区域。对于大的材料(达到2m x 2m),激光束可以通过和安装工件的工作平台作相对运动的“飞行”光学元件控制。因为CO2激光器的质量小,所以可以将其安装在移动架上,用于大型材料的切割。这种方法已经被用于大型赛艇材料切割。
这些设备激光器的关键是光束质量要很好,这样就能保证狭窄的切割宽度和很快速的切割速度,材料的碳化程度也最小。更高功率的激光器将完成更高的切割速度,但是在改变方向或切割复杂部件时,要有对激光功率顺畅精细的控制来匹配相应降低的切割速度。
直流激励CO2激光器在eCO2系列中的功率高达240W,实际连续波输出仅有几瓦特。他们具有高光束质量:M2值少于1.1,在最佳光束基本限制的10%以内。
GSI集团的直流激励CO2激光器效率高,节约能耗。因为这些激光器采用单相电源,热负荷低,制冷量被最小化,他们易于安装在已有的工厂设施当中。因为这些激光器采用密封管技术,他们对维修和服务需求不高。
总之,eCO2激光器是快速,高效切割板材的理想选择。
连杆划线
发动机连杆必须质量轻,结实,在曲柄轴承上有高耐受性,使用时间长。粉末冶金学解决了强度和重量的问题,但是在曲柄轴承上高精度的公差很难实现。最初,曲柄轴承的开口是在锻件上分开加工,然后进行测量,以便给曲柄找到符合公差要求的配件。这就意味着两次分开加工和测量工作,最后公差低于所需要的水平。
采用粉末冶金时,有一个更好的加工方案。将底座轴承开口和整个连杆加工在一起,然后在开口的每侧分离点用激光划线,然后断开连杆,形成两个相互匹配的零件,这两个零件可以再连在一起形成高精公差的连杆。
激光划线容易自动化,加工过程无接触,无工具磨损。从同轴气嘴吹出的辅助空气有效的消除了划线产生的碎屑,使划线处产生狭窄的无应力层,折断时断面几乎没有延伸。激光器采用分时多路输出,可以在两个不同地方进行后续划线,或者进行能量共享的同时划线。两组能量共享系统间的时间共享甚至能够用一个激光器来实现,用来调整同时划线设置。一般每侧划线为0.5到1.0秒的划线速度能达到1m/min到3m/min。
脉冲YAG激光器是唯一的选择,因为它们可以产生适合高效划线的脉冲能量和峰值功率。高功率光束质量单位,配合细小光纤,可以制造最佳,最狭窄的划线。同轴空气或氧气用于协助钻孔加工和保持光学元件的清洁。
深度雕刻
高功率的激光器能用于刻图,比如公司标识,装饰图案,指示箭头,使用说明,标签信息,等,这些现在都能很容易的在大部分材料上用激光雕刻来实现。
激光雕刻进一步增加了服务范围,机械生产商发现这在订制设备时有很大的用处。比如,一般手柄上都会刻有特殊信息或者一些其他标识,主要的好处就是现在可以采用激光技术,其灵活性适合少量加工。
航空航天和汽车加工行业要求零件有很高的可追踪性。同时零件的组装必须有良好的表面加工。
激光技术就是最可靠的直接标识方法,容易得到高反差效果,使几乎所有产品都有可追踪性。
这些用激光器制作的清洁,高质量的永久标记都可以承受恶劣环境,包括用消毒剂和蒸汽消毒。
喷油嘴焊接
最新的汽油,柴油和气体燃料喷油嘴都采用激光焊接技术来提高质量并使产量最大化。喷油嘴是非常精密的设备,要求可控制的密封焊接来保证其操作和安全性,但是焊接操作还远不止这些。任何过度的热量或变形都会使燃料传输速度或者喷射形式反常,从而导致产品报废。变形也影响静态泄漏率,而这从环境角度来说都要受到严格限制。
喷油嘴可以采用不同合金。在需要磁感应的电磁反应时可以采用铁素体不锈钢,如405, 430, 430F和核心铬合金系列。对于无磁性的低磨损元件,如导管和出管,可以采用305SS。对中等磨损元件,无磁性的电枢引导和定位,通常采用416SS。最后,因为其硬度,440C用于阀座,和阀门密封球。
采用250-500W激光功率和光纤传输时,大多数汽油喷嘴的焊接时间为0.2秒至0.75秒。零件的焊接和组装时间都是在3-5秒内完成的,这时可采用分时多路复用技术,将激光从一个激光器输送到多个工作站。但是因为机器的不同步性,高速组装机器并不会经常采用它们。而能量共享方式会经常用于加工对匹配较敏感的零件。双路能量共享从激光器输出50:50的激光能量,然后通过光纤传输,在两个180度角范围进行同时焊接,这样焊接的力度一样,作用相反,使焊接过程对零件的影响保持对称。
由于所要求的焊接周期短,并且考虑到不锈钢材料的金相特性和免去焊接后处理,这一过程多采用超级模式的Nd:YAG连续激光器。激光器输出的超级模式改善了焊接速度和深度,与仅用连续激光器操作相比提高了40%。这大大减少了热量输入和变形。
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