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                      CO2激光在工業領域的發展和應用(下)

                      2008-7-24 22:59:00

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                         2.3 高功率(大于1600瓦)CO2激光的應用

                          大于1600瓦的高功率CO2激光,主要被應用在金屬焊接和表面處理上,在工業先進國家已逐漸被國防、汽車和航天工業里一些特殊領域所采用。但早期高功率激光的價位比較高,加上這一方面的技術養成訓練有限,所以除了國防上、一些大學和研究單位有這一方面的應用外,民用工業較少引進此類高功率CO2激光。最近三、四年引進很多,主要應用于各項鈑金切割,使加工速度更快、更有彈性。觀之未來的發展趨勢,高功率CO2激光在焊接和表面處理上的應用,必定會被工業界逐步接受并采用。

                         2.3.1激光焊接

                          利用高能量密度激光束,將工件材料熔融而焊接在一起,可以使焊件熱影響區與變形量均降至最低,且無需使用焊劑或作異種材料,其接合強度特別牢固。汽車里面有很多零部件,若一體成型難度很大,但若將其分開成型再焊接成一體,則能減小生產難度并降低成本。在焊接時為了減少對原成型工件的熱影響,常用激光來快速焊接,這是一個非常有潛力的加工市場。因此在汽車工業中許多零部件接合時普遍采用激光焊接,如導螺桿制造廠商采用激光焊接導螺桿前端的固定座;汽車廠用激光來焊接不同厚度的兩塊鋼板,再壓軋成型以降低生產成本;另外汽車引擎開發案中也有部份地方采用激光焊接加工。國內在這一方面的加工應用尚少,目前僅有幾家專門生產國外汽車零部件的OEM廠商,引進CO2激光加工設備焊接汽車內不銹鋼濾油杯,生產速度變快,產品質量好,單價因而提高。

                          2.3.2激光硬面處理

                          利用高功率激光束,將欲硬面處理的工件底材表面熔融一薄層,藉此一熔融層與硬面合金材料交互熔融成一冶金鍵結(Metallurgy Bonding),達到硬面處理的效果。

                      3、工業CO2激光使用中的問題

                          激光加工屬于新進的加工技術,即使在工業先進國家,激光加工被工業界較普遍接受并有所發展,也是近十幾年的事。國內工業界直到這幾年才比較普遍接受激光加工應用,并引進和制造較多的激光加工設備。所以在激光設備的了解、激光加工經驗的累積和激光加工應用范圍的拓展等方面,都尚有待加強。大部分激光廠商或加工業者,在引進激光加工應用的過程,都會面對一些與傳統加工方式不同的問題。加工應用的不同,加工機器的不同,遇到的問題也不同,但大致上可歸納出下列幾點。

                          3.1維修保養

                          CO2激光應用廣泛、市場龐大、發展快速,算是比較成熟的激光產品,但是比起一般傳統的加工機械,CO2激光加工設備發展時間還算短暫,其主要結構還在快速換新,加上激光設備中許多光學組件常需要作精密調整、保養維修或更新,而相關之技術人員有限,所以大部分激光加工業者,多多少少都碰到一些保養維修問題。尤其是早期,國內激光市場有限,一般代理商可能好幾年才進口一兩部激光加工設備,代理商未必愿意專為此培養維修人員,況且工作人員的流動,加上激光維修技術的養成并非容易。所以只要激光系統使用一段時日,就會碰到找不到人保養維修的問題,一旦遇有小問題就要遠從國外請原廠技術人員來修護,不但花費高而且拖延時日;有的甚至機器進口后,代理商就無法讓其正常工作。 最近幾年隨著國內激光市場的快速成長,代理商規模越來越大,甚至國外廠商直接在國內設立分公司,并長期派駐技術人員,而且CO2激光的發展也日趨成熟,故障和維修問題減少很多。但是一般生產在線或代工業者所使用的激光機器,仍然最怕故障停機,若是小問題,可能一兩天就解決,碰到大問題,如電極板更換、主要機件故障等,可能要等到原廠技術人員或國外寄來零部件,曠日費時。所以許多工廠都至少購買兩部激光加工機,或事先跟同行協商好,必要時作互相支持。

                          3.2機器設備成本太高

                          早期使用的CO2激光加工機,皆由國外進口,一部較高功率加工用CO2激光機器動則上千萬。近幾年來,國內已有自己開發組裝的加工機,促使進口的CO2激光加工機價位降低不少。但成套加工配備,也須花上幾百萬到近一千萬元間,尤其五軸立體加工機或復合式加工機價位更高,這影響到產業界的投資購買意愿,也影響到加工成本,間接阻礙了激光加工對象和范圍的拓展。

                       3.3技術人員養成

                          激光的操作使用畢竟不同于傳統的加工設備,一般需要一定程度的技術人員,廠商需自己培訓,在工人流動性頻繁的情況下,操作技術人員的養成和經驗之積累實在不容易。而一位對激光設備不熟悉、經驗有限的技術人員,將無法把激光設備的特有功能發揮到極限,也會常發生下述現象:加工品質不良、加工速度太慢、不懂保養機器、機器故障連連、減短機器壽命、機器耗材嚴重等。

                          3.4耗材費用高

                          CO2激光加工機運轉時,須要消耗氦氣和大量的氧氣,提高了激光加工成本,所以在投資購買機器時,須考慮該機器的氣體消耗量。另外操作技術的好壞、定期保養與否,也會影響到光學鏡片和高壓零部件等的消耗量,而這些部件售價都很高。目前CO2激光加工機數量增多,也促使一些消耗器材、光學組件和高壓零部件的價格降低.

                          3.5特殊加工制程的開發

                          CO2激光的切割應用,加工技術較單純,加工條件也較容易掌握,一般說來沒有工藝上的問題。但比較特殊的激光加工技術或加工材料如:焊接、硬面處理、立體加工和陶瓷加工等,加工業者必須先作熟悉加工的特殊工藝,掌握加工條件,以及自動進料﹑夾具等的配合,這并非一般業者能力所及,在這些問題未能充分掌握和解決之前,投資動則數百萬的激光設備,對大部分中小企業來說困難很大。而以前能夠協助業者作這方面技術開發的機構一直缺乏,影響了激光特種加工應用市場的開展。

                          3.6工作環境不良

                          CO2激光機器內有許多的光學和高壓零部件,是比較脆弱的機器,需要在良好工作環境中操作使用,否則容易污損而出現故障。但是傳統工廠有很多不重視工作環境的改善,空間小而雜亂、濕氣重、灰塵多、電源電壓不穩、冷卻水質差等,這些都會影響激光設備的使用效果和壽命。

                      4、工業CO2激光應用展望

                          激光加工是未來材料加工應用發展的趨勢之一,而CO2激光加工一直占激光材料加工中最主要的地位,世界激光市場也以CO2激光機器為主力,約占全部的七成左右,每年以百分之十左右的速度增長。近幾年來,隨著國際和國內整體產業環境的改變,在產業水準提升、專業人員缺乏、自動化需求增加、產品附加價值和加工質量有待提高的壓力下,激光加工應用已逐漸被國內產業界接受并采用。由于起步較晚,短期內可維持較高的激光市場增長率,加工應用的市場潛力也很大。但產業界和工業CO2激光的使用者,仍然有許多問題需要去解決,尤其在相關技術人員的養成訓練和新的加工應用領域開拓這兩方面,更須下大力氣。激光激光的前景是廣闊的,激光加工手段的不斷進步必將帶來材料加工領域的一次革命。

                       
                       
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