激光加工在泵閥等三大產(chǎn)業(yè)應用概述

1、激光加工在泵閥、輕工機械、不銹鋼產(chǎn)業(yè)中的應用可行性報告一、激光加工技術(shù)應用發(fā)展現(xiàn)狀在很多人的印象中，感覺激光加工是很高端的加工形式，激光加工成本高，只有在高端的產(chǎn)品上才會有應用需求。但實際企業(yè)調(diào)研顯示，激光加工在很多方面已經(jīng)顯示出了自己的獨特優(yōu)勢，激光加工不但生產(chǎn)效率高，近乎無污染的潔凈加工技術(shù)，而且許多工藝與傳統(tǒng)加工技術(shù)相比，成本更低，因此，在一些領(lǐng)域已全面替代了傳統(tǒng)工藝技術(shù)。近年來，激光技術(shù)的迅速發(fā)展使得激光加工技術(shù)與傳統(tǒng)制造業(yè)的融合速度在加快，目前，激光加工技術(shù)已在產(chǎn)品加工領(lǐng)域形成了5大市場模塊，并且仍然處于快速發(fā)展階段，其中，激光切割占到激光加工市場份額的37左右，激光打標及標識占36

2、左右，激光焊接占12左右，激光微加工占10左右，激光打孔及其他占5左右。激光加工技術(shù)近年來在我國發(fā)展迅速，每年的市場增速都在17以上，在某些特殊領(lǐng)域，其發(fā)展速度更高。歐美日等發(fā)達國家經(jīng)過多年的連續(xù)快速發(fā)展以后，2011年略有下降，但歐洲國家仍然在激光的精細加工市場方面增長了20。二、激光加工技術(shù)的特點1、激光切割與打孔由于激光可以通過聚焦而獲得高密度能量( 106-8J/ cm2)，瞬間可使任何固體材料熔化甚至蒸發(fā)， 因此，從理論上說可以用激光來加工任何種類的固體材料。事實上，激光一發(fā)明, 人們首先想到利用它來對寶石這類利用常規(guī)加工方法難以加工的材料進行孔加工。目前激光加工已經(jīng)廣泛用于各類材料

3、進行孔加工和切割，激光切割具有加工精度高、變形小、表面光滑、無塌邊，加工后工件可直接用于裝配，免除了模具制造費用；大大縮小了產(chǎn)品加工時間；激光切割適用于不同形狀，可排版式套裁切割，能保證材料最大利用率，減少了浪費；另外切割過程中可隨機對工件進行標識打標和點狀打標；為非接觸性加工，避免了鈑材劃花刮傷現(xiàn)象，提高了產(chǎn)品檔次。2、激光打標與標識制作生產(chǎn)生活中產(chǎn)品尤其是具有一定規(guī)模和實力的企業(yè)產(chǎn)品的標記和防偽是不可缺少的，而同時人們對產(chǎn)品美化的要求也越來越高。激光打標和標識制作利用高密度能量的激光束, 會聚在工件表面對目標進行表面掃描，使材料表面發(fā)生物理或化學的變化，導致目標表面的光反射特性出現(xiàn)變化,，

4、從而獲得可見圖案。它屬于一種非接觸性的標刻方式。與傳統(tǒng)的加工方式( 如噴墨打印、電火花加工、機械刀刻等) 相比，它具有許多難以比擬的優(yōu)點。如能夠采用計算機控制技術(shù)，效率高、節(jié)奏快；激光刻劃精細，可以對各種材料的表面進行標記， 并且耐久性非常好；采用激光標刻的防偽效果非常好等。目前，激光打標與標識制造在工藝產(chǎn)品領(lǐng)域的應用愈來愈廣泛。3、激光焊接激光焊接與常規(guī)焊接方法相比：常規(guī)焊接技術(shù)由于焊接區(qū)熱變形量大，焊接區(qū)金相變化非常明顯，因此在一些較精密的產(chǎn)品焊接上其應用受到明顯制約。激光焊接利用激光的高能量密度，可以對高熔點、難熔金屬或兩種不同金屬材料進行焊接，也可以對非金屬材料進行焊接；加熱速度快，作

5、用時間短，熱影響區(qū)小，熱變形可以忽略；屬于非接觸焊接，無機械應力和機械變形；激光焊接裝置容易與計算機聯(lián)機易于以自動化進行高速焊接；可以在大氣中焊接和無污染等一系列優(yōu)點；另外，激光焊接可通過設置激光脈沖的能量波形來控制焊接過程中激光能量的變化，解決加工過程中存在的加工強度不夠、焊接表面不美觀等問題；對于高碳剛等材料，激光焊接還可以解決焊接過程中急冷急熱導致加工中出現(xiàn)熱裂紋、冷裂紋等問題，使加工的產(chǎn)品達到最佳焊接效果。因此, 激光焊接在很多工業(yè)產(chǎn)品領(lǐng)域上獲得了廣泛應用。4、激光表面改性技術(shù)激光表面改性技術(shù)包括: 激光表面相變硬化、激光表面合金化與熔覆、激光表面非晶化與微晶和激光沖擊強化等。利用激光

6、表面改性技術(shù)可以極大地提高零件表面的機械、物理和化學性能。如對一些表面硬度及耐磨性能要求較高的閥門產(chǎn)品，其表面處理技術(shù)可以采用激光表面處理，如激光淬火等。5、激光刻蝕、銑削與毛化利用激光的高密度能量，可以對硬脆性難加工材料進行激光刻蝕與銑削加工，如可以利用脈沖激光銑削加工硬質(zhì)合金和氧化鋁陶瓷等。利用脈沖激光還可以對軋輥進行毛化, 經(jīng)過毛化的軋輥軋制的產(chǎn)品簿板具有著油漆牢固的特點。此外，還可以利用激光對鋼套等零件進行毛化，能夠大大提高其耐磨壽命。6、激光快速成型技術(shù)自20世紀90年代初美國3D Systems 公司開發(fā)出世界首臺商品化的快速成型系統(tǒng)以來， 快速成型技術(shù)得到蓬勃發(fā)展?？焖俪尚? R

7、apid Prototyoing, 簡稱RP)是通過把材料堆積，快速、精密地制造出實際零件，它體現(xiàn)了計算機輔助設計、數(shù)控、激光加工、新材料等學科和技術(shù)的綜合利用。激光快速成型技術(shù)不需要借助其它設備和工具能夠迅速和精確地制造出復雜的產(chǎn)品零件。激光快速成型技術(shù)主要有激光層疊法、粉末燒結(jié)法、光固化法等。7、激光清洗激光清洗可以使物體表面的污垢吸收光能而蒸發(fā)去除, 或者在表面產(chǎn)生力學共振而使污垢凝結(jié)脫落。激光清洗在可以用來清洗微電子芯片、設備的剝漆和產(chǎn)品除垢等方面。三、激光加工在泵閥、食品及醫(yī)藥輕工機械、不銹鋼產(chǎn)業(yè)中的應用現(xiàn)狀及可行性分析1、激光加工在泵閥產(chǎn)業(yè)中的應用現(xiàn)狀及可行性分析泵閥產(chǎn)業(yè)為龍灣區(qū)傳

8、統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，尤其是閥門產(chǎn)業(yè)，其不銹鋼閥門產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的40以上，不銹鋼球閥占全國的70以上，其閥門產(chǎn)品總產(chǎn)值約占全國的30左右，為支撐龍灣區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。隨著龍灣泵閥產(chǎn)業(yè)集群的壯大，泵閥產(chǎn)品的激光加工應用范圍也越來越廣泛，目前泵閥產(chǎn)品的激光加工主要集中在激光切割上。今年4月份筆者曾在龍灣區(qū)沙北村某激光加工廠與企業(yè)技術(shù)及管理人員交流，發(fā)現(xiàn)送來切割的產(chǎn)品絕大部分是周圍閥門企業(yè)的配套產(chǎn)品，加工形式主要是板材切割和異形孔切形。該企業(yè)自主投資300多萬元購置了一臺功率為2KW的進口激光切割機床，對激光切割在泵閥產(chǎn)業(yè)中的應用十分看好。從這個例子中可以看出，激光的切割加工應用其實在龍灣區(qū)泵閥企業(yè)產(chǎn)

9、品中已經(jīng)獲得了一定程度的認可。下面從激光加工在泵閥產(chǎn)品領(lǐng)域中應用的難易程度及應用種類進行分析。（1）激光切割在閥門板材、型材、型孔的加工應用這類激光加工應用目前已經(jīng)在泵閥配套產(chǎn)品中擴展開來。企業(yè)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前企業(yè)產(chǎn)品的板材切割，加工成本主要視板材材質(zhì)、板材厚度影響較大，對于板厚在1mm以下的薄板不銹鋼的激光切割加工，其價格在13元/米左右，企業(yè)能夠普遍接受。當板厚增加到5mm以上后，激光切割加工費用在15元/米以上，加工成本的急劇上升使企業(yè)對于厚板激光切割的應用持猶豫態(tài)度。因此，激光切割在泵閥產(chǎn)品板材及型孔的加工對于5mm厚度以下的不銹鋼板，企業(yè)具有積極態(tài)度，對于5mm以上厚度的板材切割，視產(chǎn)

10、品需要，持一定的矛盾態(tài)度。圖1和圖2為激光加工的密排孔和漸開線。（2）激光打標及標識在泵閥產(chǎn)品的加工應用目前泵閥產(chǎn)品的激光打標加工在龍灣企業(yè)中采用較少，這主要與企業(yè)的經(jīng)營規(guī)模及產(chǎn)品檔次有關(guān)。很多企業(yè)甚至是中大型企業(yè)不愿意或沒有意識到采用激光打標為自己的閥門產(chǎn)品進行標識，仍然采用的是傳統(tǒng)墨印、機械壓印或刻蝕方式在產(chǎn)品上制作標識，這類標識方式很容易被同類企業(yè)產(chǎn)品模仿，從而出現(xiàn)產(chǎn)品仿造侵權(quán)現(xiàn)象。隨著龍灣閥門企業(yè)產(chǎn)品檔次及產(chǎn)品質(zhì)量的提高，許多產(chǎn)品容易成為其他企業(yè)模仿的對象，由于激光標識造型美觀、形態(tài)生動，標識制作工藝較為成熟，因此，對于一些中大型閥門生產(chǎn)企業(yè)，其產(chǎn)品的激光標識及防偽制作已經(jīng)開始受到企業(yè)

11、的重視，激光打標及標識在泵閥產(chǎn)品的加工應用應該首先并且能夠從這類企業(yè)推廣開來。圖1 激光加工的密排孔 圖2 激光加工的漸開線（3）激光焊接與激光熔覆加工在閥門產(chǎn)品的加工應用金屬覆層激光焊接技術(shù)綜合了堆焊和熱噴涂的許多優(yōu)點。與堆焊相比, 金屬覆層激光焊接具有較低的熱輸入，因此熱影響區(qū)較小，稀釋程度低，使用狀態(tài)下的金相組織優(yōu)良，并且變形小。與熱噴涂相比，金屬覆層激光焊接具有很高的附著力和致密度，無氣孔。金屬覆層激光焊接已在油氣生產(chǎn)、凈化、運輸和石油化工行業(yè)中的閥門產(chǎn)品中獲得應用。這類閥門的耐腐蝕和耐磨損性能決定了設備裝置的運行壽命。金屬覆層激光焊接能夠改善閥門表面及其密封面的各項性能、適用于產(chǎn)品的

12、生產(chǎn)或已損壞產(chǎn)品的維修等。某企業(yè)采用閥體為含C量0.3%的碳鋼鍛件制造的油氣用閥門經(jīng)過金屬覆層激光焊接加工后，在其加工面上進行液體著色探傷, 表面上沒有任何孔隙或裂紋。使用中也未發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。在通過顯微鏡檢查和硬度測定及化學分析，在覆層上沒有氣孔，在覆層及基體上沒有裂紋，硬度測定值較普通堆焊技術(shù)提高了約1050。金屬覆層激光焊接技術(shù)只是激光焊接與激光熔覆加工應用的一個分支，激光焊接還可廣泛應用于其他焊接方法不能完成的結(jié)構(gòu)復雜閥門零件的焊接。由此可見，激光焊接與激光熔覆加工在閥門產(chǎn)品上的應用大有可為，激光焊接技術(shù)的采用，可大幅度提高泵閥產(chǎn)品的使用性能和產(chǎn)品質(zhì)量，并擴大閥門產(chǎn)品的應用領(lǐng)域，產(chǎn)生極大

13、的經(jīng)濟效益和社會效益。龍灣閥門企業(yè)的產(chǎn)品升級換代，可以考慮在激光焊接與激光熔覆加工方面投入一定的精力和財力進行產(chǎn)品的應用技術(shù)開發(fā)和技術(shù)推廣。（4）激光表面改性技術(shù)在閥門產(chǎn)品的加工應用目前激光表面改性技術(shù)在龍灣閥門生產(chǎn)企業(yè)中的產(chǎn)品應用尚屬空白，對于一些對閥門產(chǎn)品表面硬度及耐磨性能要求較高的產(chǎn)品，可以考慮進行產(chǎn)品的激光表面淬火和激光表面沖擊強化加工，進行這方面的技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)品應用工藝開發(fā)，對擴大閥門企業(yè)在一些特殊行業(yè)的產(chǎn)品應用具有很大的幫助。（5）激光精細加工在閥門產(chǎn)品的加工應用一些龍灣的大型閥門生產(chǎn)企業(yè)已開始對閥門的精細加工技術(shù)提出了技術(shù)需求，如閥門的精密微細鉆孔技術(shù)其孔徑及加工精度等問題，傳統(tǒng)

14、的機械加工及電加工方法已不能滿足需要，這類對精細加工技術(shù)提出了更高要求的產(chǎn)品只能依靠新型加工手段來解決，激光精細加工技術(shù)在這方面具有較大的工藝優(yōu)勢，但目前困擾該技術(shù)應用的問題一個是加工成本很高昂，一個是大專院校的研究成果還沒有完全貼近企業(yè)需要，有待政府和市場居中引導，推動該加工技術(shù)在特定泵閥產(chǎn)品的應用。（6）激光刻蝕與銑削加工在閥門產(chǎn)品的加工應用一些特殊應用行業(yè)的龍灣泵閥生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)開始尋求采用高耐腐蝕、耐高溫、耐沖刷（耐磨）性能的合金材料或硬質(zhì)合金來制造閥門零件，這類合金材料采用傳統(tǒng)的機械加工方式或電加工方式已很難滿足需要，需要采用激光刻蝕或激光銑削技術(shù)才能較好的達到加工要求。因此，隨著泵閥

15、企業(yè)產(chǎn)品的升級換代，這是一個潛在的應用發(fā)展方向。另外，激光雕刻在一些泵閥零件上也是一種潛在的加工應用方式。2、激光加工在食品、醫(yī)藥輕工機械產(chǎn)業(yè)中的應用現(xiàn)狀及可行性分析食品、飲料及醫(yī)藥等輕工機械行業(yè)也是龍灣區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，激光加工目前在這類企業(yè)中的應用比較少，但是如果結(jié)合激光加工的特點，激光打標、激光切割及激光焊接與熔覆加工在輕工機械領(lǐng)域的應用大有可為，有著很大的發(fā)展?jié)摿?。?）激光打標與標識在輕工機械產(chǎn)品中的應用目前龍灣輕工機械企業(yè)中有部分企業(yè)已經(jīng)開始在采用激光加工的方式為產(chǎn)品打標，但是應用范圍較為狹窄。由于輕工機械主要是成套產(chǎn)品出廠銷售，因此其產(chǎn)品的激光打標操作工作量較少，成本也不高，具有

16、相當?shù)膽脤崿F(xiàn)可行性。龍灣企業(yè)在食品、飲料、中成藥提煉濃縮等輕工機械成套設備的制造上在全國具有一定的影響力，企業(yè)應該注意宣傳并保護自己產(chǎn)品的品牌，政府部門也應該在這方面對企業(yè)加強宣傳和引導。成套機械設備的品牌標識及激光打標在企業(yè)產(chǎn)品宣傳及防偽保護方面有著很大的應用潛力。（2）激光切割在輕工機械產(chǎn)品的管材、型材、型孔的加工方面的應用激光切割在輕工機械領(lǐng)域的加工應用同龍灣的泵閥產(chǎn)業(yè)一樣，很多都是其配套產(chǎn)品在用。企業(yè)的應用情形同泵閥產(chǎn)品一樣，其加工費用是一個很大的影響因素。普通管材及型孔的切割有著很大的應用市場，但目前仍有待推廣。在一些普通機械加工及電加工難加工的產(chǎn)品加工應用方面，激光切割仍然是一個

17、待選的因素。（3）激光焊接與激光熔覆加工在輕工機械產(chǎn)品的加工應用據(jù)筆者對龍灣天龍、龍強、日中等多家輕工機械企業(yè)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，激光焊接加工技術(shù)在這方面的產(chǎn)品應用仍屬空白，目前很多企業(yè)在壓力容器、容器罐、流體管道、管道接頭等產(chǎn)品的焊接上仍然采用的是人工手工焊接，一些上規(guī)模的企業(yè)采用的機械焊接機焊接，手工焊接的質(zhì)量很難保證，機械焊接機焊接工藝隨產(chǎn)品形狀不同也很難保證產(chǎn)品焊接質(zhì)量，因此一些上規(guī)模的企業(yè)采購了X射線無損探傷儀對產(chǎn)品焊縫進行探傷檢測，許多壓力容器需要進行耐壓測試，其產(chǎn)品檢測不斷增加了產(chǎn)品成本，還增加了產(chǎn)品出廠周期，激光焊接焊縫小，工藝質(zhì)量穩(wěn)定，在對焊接質(zhì)量要求比較高的產(chǎn)品上具有很大的技術(shù)優(yōu)勢

18、，在輕工機械產(chǎn)品領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展和應用潛力。3、激光加工在不銹鋼產(chǎn)品行業(yè)中的應用現(xiàn)狀及可行性分析 不銹鋼產(chǎn)業(yè)是繼泵閥、輕工機械之外龍灣區(qū)的另一個支柱性產(chǎn)業(yè)，在激光加工應用方面也有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α＃?）激光打標與標識在不銹鋼產(chǎn)品中的應用激光標識造型美觀，在一定程度上可以提高產(chǎn)品的消費定位。如不銹鋼刀具、炊具等產(chǎn)品，采用激光標識會使產(chǎn)品具有更高的檔次。一些大企業(yè)生產(chǎn)的不銹鋼管等終端產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)品品質(zhì)較高，可以考慮采用激光標識在產(chǎn)品上制作品牌標識，以打造企業(yè)自有產(chǎn)品的品牌意識。（2）激光切割與激光焊接在不銹鋼產(chǎn)品加工方面的應用對于壁厚較薄的不銹鋼板材、管材、型材等產(chǎn)品，激光切割價格較低，操作

19、簡單，具有很大的競爭優(yōu)勢。另外對于一些應用行業(yè)要求加高，壁厚較大的大口徑不銹鋼管材，傳統(tǒng)切割方式較難操作，可以考慮采用激光切割加工。相對來說，激光焊接對不銹鋼產(chǎn)品的直接生產(chǎn)企業(yè)來說，應用較少，激光焊接應用較多的，主要是不銹鋼產(chǎn)品的下游用戶。但對于一些不銹鋼管采用卷板成型的生產(chǎn)企業(yè)，管縫的接合焊接加工，激光焊接具有一定的應用潛力。由于激光焊接可以焊接不同材質(zhì)的異形材料，因此，不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)可以考慮進行相應技術(shù)開發(fā)，利用激光焊接技術(shù)生產(chǎn)一些復合管道滿足特殊的使用環(huán)境，向高附加值的產(chǎn)品鏈條攀升。（3）激光表面改性與激光精細加工在不銹鋼產(chǎn)品加工方面的應用鑒于龍灣不銹鋼企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品，主要以不銹鋼板材、棒材、型材、管材等產(chǎn)品為主，產(chǎn)品鏈條較為粗曠，泵閥零件一類附加值稍高一些的產(chǎn)品相對偏少，因此，激光表面改性技術(shù)在不銹鋼管材等產(chǎn)品的應用上是一個理論上潛在的應用方向。只有當不銹鋼產(chǎn)品批量向泵閥零件一類較精細產(chǎn)品方向轉(zhuǎn)型