CO2激光在工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用（下）

   2.3 高功率（大于1600瓦）CO2激光的應(yīng)用

    大于1600瓦的高功率CO2激光，主要被應(yīng)用在金屬焊接和表面處理上，在工業(yè)先進(jìn)國家已逐漸被國防、汽車和航天工業(yè)里一些特殊領(lǐng)域所采用。但早期高功率激光的價(jià)位比較高，加上這一方面的技術(shù)養(yǎng)成訓(xùn)練有限，所以除了國防上、一些大學(xué)和研究單位有這一方面的應(yīng)用外，民用工業(yè)較少引進(jìn)此類高功率CO2激光。最近三、四年引進(jìn)很多，主要應(yīng)用于各項(xiàng)鈑金切割，使加工速度更快、更有彈性。觀之未來的發(fā)展趨勢，高功率CO2激光在焊接和表面處理上的應(yīng)用，必定會被工業(yè)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(qū)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(qiáng)度特別牢固。汽車?yán)锩嬗泻芏嗔悴考粢惑w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(chǎn)難度并降低成本。在焊接時(shí)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(gè)非常有潛力的加工市場。因此在汽車工業(yè)中許多零部件接合時(shí)普遍采用激光焊接，如導(dǎo)螺桿制造廠商采用激光焊接導(dǎo)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(chǎn)成本；另外汽車引擎開發(fā)案中也有部份地方采用激光焊接加工。國內(nèi)在這一方面的加工應(yīng)用尚少，目前僅有幾家專門生產(chǎn)國外汽車零部件的OEM廠商，引進(jìn)CO2激光加工設(shè)備焊接汽車內(nèi)不銹鋼濾油杯，生產(chǎn)速度變快，產(chǎn)品質(zhì)量好，單價(jià)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(jié)（Metallurgy Bonding），達(dá)到硬面處理的效果。

3、工業(yè)CO2激光使用中的問題

    激光加工屬于新進(jìn)的加工技術(shù)，即使在工業(yè)先進(jìn)國家，激光加工被工業(yè)界較普遍接受并有所發(fā)展，也是近十幾年的事。國內(nèi)工業(yè)界直到這幾年才比較普遍接受激光加工應(yīng)用，并引進(jìn)和制造較多的激光加工設(shè)備。所以在激光設(shè)備的了解、激光加工經(jīng)驗(yàn)的累積和激光加工應(yīng)用范圍的拓展等方面，都尚有待加強(qiáng)。大部分激光廠商或加工業(yè)者，在引進(jìn)激光加工應(yīng)用的過程，都會面對一些與傳統(tǒng)加工方式不同的問題。加工應(yīng)用的不同，加工機(jī)器的不同，遇到的問題也不同，但大致上可歸納出下列幾點(diǎn)。

    3.1維修保養(yǎng)

    CO2激光應(yīng)用廣泛、市場龐大、發(fā)展快速，算是比較成熟的激光產(chǎn)品，但是比起一般傳統(tǒng)的加工機(jī)械，CO2激光加工設(shè)備發(fā)展時(shí)間還算短暫，其主要結(jié)構(gòu)還在快速換新，加上激光設(shè)備中許多光學(xué)組件常需要作精密調(diào)整、保養(yǎng)維修或更新，而相關(guān)之技術(shù)人員有限，所以大部分激光加工業(yè)者，多多少少都碰到一些保養(yǎng)維修問題。尤其是早期，國內(nèi)激光市場有限，一般代理商可能好幾年才進(jìn)口一兩部激光加工設(shè)備，代理商未必愿意專為此培養(yǎng)維修人員，況且工作人員的流動，加上激光維修技術(shù)的養(yǎng)成并非容易。所以只要激光系統(tǒng)使用一段時(shí)日，就會碰到找不到人保養(yǎng)維修的問題，一旦遇有小問題就要遠(yuǎn)從國外請?jiān)瓘S技術(shù)人員來修護(hù)，不但花費(fèi)高而且拖延時(shí)日；有的甚至機(jī)器進(jìn)口后，代理商就無法讓其正常工作。 最近幾年隨著國內(nèi)激光市場的快速成長，代理商規(guī)模越來越大，甚至國外廠商直接在國內(nèi)設(shè)立分公司，并長期派駐技術(shù)人員，而且CO2激光的發(fā)展也日趨成熟，故障和維修問題減少很多。但是一般生產(chǎn)在線或代工業(yè)者所使用的激光機(jī)器，仍然最怕故障停機(jī)，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(jī)件故障等，可能要等到原廠技術(shù)人員或國外寄來零部件，曠日費(fèi)時(shí)。所以許多工廠都至少購買兩部激光加工機(jī)，或事先跟同行協(xié)商好，必要時(shí)作互相支持。

    3.2機(jī)器設(shè)備成本太高

    早期使用的CO2激光加工機(jī)，皆由國外進(jìn)口，一部較高功率加工用CO2激光機(jī)器動則上千萬。近幾年來，國內(nèi)已有自己開發(fā)組裝的加工機(jī)，促使進(jìn)口的CO2激光加工機(jī)價(jià)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(jī)或復(fù)合式加工機(jī)價(jià)位更高，這影響到產(chǎn)業(yè)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(shù)人員養(yǎng)成

    激光的操作使用畢竟不同于傳統(tǒng)的加工設(shè)備，一般需要一定程度的技術(shù)人員，廠商需自己培訓(xùn)，在工人流動性頻繁的情況下，操作技術(shù)人員的養(yǎng)成和經(jīng)驗(yàn)之積累實(shí)在不容易。而一位對激光設(shè)備不熟悉、經(jīng)驗(yàn)有限的技術(shù)人員，將無法把激光設(shè)備的特有功能發(fā)揮到極限，也會常發(fā)生下述現(xiàn)象：加工品質(zhì)不良、加工速度太慢、不懂保養(yǎng)機(jī)器、機(jī)器故障連連、減短機(jī)器壽命、機(jī)器耗材嚴(yán)重等。

    3.4耗材費(fèi)用高

    CO2激光加工機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，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(jī)器時(shí)，須考慮該機(jī)器的氣體消耗量。另外操作技術(shù)的好壞、定期保養(yǎng)與否，也會影響到光學(xué)鏡片和高壓零部件等的消耗量，而這些部件售價(jià)都很高。目前CO2激光加工機(jī)數(shù)量增多，也促使一些消耗器材、光學(xué)組件和高壓零部件的價(jià)格降低.

    3.5特殊加工制程的開發(fā)

    CO2激光的切割應(yīng)用，加工技術(shù)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(shù)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(yè)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(jìn)料﹑夾具等的配合，這并非一般業(yè)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(shù)百萬的激光設(shè)備，對大部分中小企業(yè)來說困難很大。而以前能夠協(xié)助業(yè)者作這方面技術(shù)開發(fā)的機(jī)構(gòu)一直缺乏，影響了激光特種加工應(yīng)用市場的開展。

    3.6工作環(huán)境不良

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

4、工業(yè)CO2激光應(yīng)用展望

    激光加工是未來材料加工應(yīng)用發(fā)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(jī)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(nèi)整體產(chǎn)業(yè)環(huán)境的改變，在產(chǎn)業(yè)水準(zhǔn)提升、專業(yè)人員缺乏、自動化需求增加、產(chǎn)品附加價(jià)值和加工質(zhì)量有待提高的壓力下，激光加工應(yīng)用已逐漸被國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界接受并采用。由于起步較晚，短期內(nèi)可維持較高的激光市場增長率，加工應(yīng)用的市場潛力也很大。但產(chǎn)業(yè)界和工業(yè)CO2激光的使用者，仍然有許多問題需要去解決，尤其在相關(guān)技術(shù)人員的養(yǎng)成訓(xùn)練和新的加工應(yīng)用領(lǐng)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(jìn)步必將帶來材料加工領(lǐng)域的一次革命。