三、電子束加工與激光......




三、電子束加工與激光加工的互補性及在應用中的選擇
電子束與激光加工的應用領域大體相同，這是因為他們同屬高能密熱源，其能量密度在同一段數量級，遠高于其他熱源;同時，他們與材料的作用原理也極其相近。但是，由于它們在束的產生和傳輸方式上的不同，因而各有各的應用場合。它們不能相互代替，但可相互補充。作為應用者，需更多地了解這兩種熱源的各自特點、適用條件和經濟性能，以便合理地應用。
和電子束加工一樣，汽車工業是激光加工設備的最大用戶，但激光加工除用于焊接和熱處理外，還能進行切割、打標、鉆孔等工作，這些方面正是電子束無能為力的。激光加工還可用于切割儀表盤、車門等沖壓件的飛邊以及在發動機、變速器、各種關鍵零部件及窗玻璃上打標。
本文有[www.0574-laser.com]提供，請及時關注[www.0574-laser.com]提供的內容
1.激光切割：激光在汽車工業中受到青睞的原因首先是生產效率高及加工質量好，可以節省大量的后續加工。例如美國在“牧馬人(Wrangler)”吉普車的生產中，使用了三臺激光器與機器人配合的聯合切割機，為厚4mm的冷軋板切割圓孔及型孔，孔徑在6～35mm之間，每張板共切割40個孔，全部切割時間不超過50秒。
本文有[www.0574-laser.com]提供，請及時關注[www.0574-laser.com]提供的內容
2.激光焊接：Webber就3kW和1.5kW高功率YAG激光在汽車焊接中的成本進行了比較。當焊速為5m/min時，用3kW YAG激光，焊深可達1.9mm,1.5kW激光為1.3mm，將其用于鍍鋅板裝配焊接，不包括上下料，焊接時間僅32秒。將激光器、Q開關、導光系統、高度傳感器、檢測器、制冷機組、五軸加工中心或機器人運動系統等設備投資和電費、保護氣體、保護窗及燈等運行費用加在一起，單位焊縫成本大約是0.39美元米。日本神戶制鋼廠早在1986年就在不銹鋼帶連續退火酸洗生產線上用了激光焊接，所用CO 2 激光器功率為10kW，可以焊接1.6～8mm，帶寬650～1600mm的鋼帶，焊接在不停機狀態下連續進行。但激光在汽車工業中的應用目前仍只限于薄件的切割和焊接，以及零件的打標和局部表面處理。而對大厚度零部件的焊接，如后橋殼、軸頭、變速箱體、重型變速齒輪、大馬力柴油機活塞等的焊接，仍然以采用電子束焊接為宜。
3.激光熱處理：材料的高能密束熱處理一直是電子束和激光加工技術的重要應用領域，包括：熔化凝固處理─密實材料表面重熔;表面上釉─材料表面薄層快速凝固;密實化處理─多孔材料表面重熔密實;合金化處理─將預涂或氣相元素與基體表層熔化，形成有一定深度的合金層;表面涂覆─將預涂的粉熔化，形成合金層熔化基材上，但基體不熔;相變硬化處理─利用高能密束瞬間表面加熱及基體急速冷卻，形成自淬火。
熱處理通常要求的功率密度比切割和焊接低得多，注入功率也不需要很大，因此一般說來激光更適合于熱處理，這也是激光熱處理遠比電子束熱處理應用面廣的根本原因，我國在汽車修理行業對發動機缸體普遍采用激光淬火。鏜缸經過大修后的發動機，平均行駛里程只有4萬公里，但經激光淬火后，行駛里程可達20萬公里以上，即提高了3～5倍，既大大節省了大修費用，也降低了油耗，減少了對環境的污染。但是對于某些材料和零件，由于材料性質的限制不能進行大面積均勻處理，則用電子束處理更為合適。
4.經濟性比較：在大多數焊接和熱處理應用中，激光和電子束都能滿足要求，如何選用則要根據具體情況而定。例如，焊接汽車變速齒輪時，國外因電子束和同等效率的激光設備成本大致相同，廠家往往更多考慮對產品規格型號改變時的適應性而選用激光。我國目前電子束焊機的生產率大約是1件/分，而激光是2件/分，而設備價格前者大約也是后者的一半。因此，若不要求更高的生產率時，選用前者會更經濟。若需要得到更高的生產率和為今后變換產品規格時能較好地適應，顯然就宜選用后者。
5.提高設備質量：激光加工和電子束加工設備的開發、制造中有一個很明顯的區別，即激光器總是作為設備中的一個主要的獨立部件，有專門的廠家制造，有不同的品牌、規格、型號。加工設備的制造廠家可以根據需要合理地選配不同的激光器，最大限度地發揮激光器的效能，也能保證設備總體的可靠性和穩定性。很多生產廠家本身就是數控機床或機器人的制造廠，也有的是相關類型加工設備的生產廠。
電子束設備的生產基本上還是各大組部分集于一家的生產方式，很難有一個企業在光、機、電的各個方面都很專長。國內這一問題相對來講更為突出，因而設備故障率也相對更高些。目前國產電子束設備品種少，適應性差，可靠性不十分滿意。 針對我國的實際情況，加強激光和電子束設備生產的專業化和協作化，提高整機質量應是當務之急。我國近幾年來已進口大中型激光切割機數十臺，但就我國當前總體技術水平而言，大多數進口設備應國內能自行解決，而具體到某一單位就常常不盡人意了。開展高能束技術咨詢看來也應是十分必要的，它可以幫助廠家正確選擇高能束加工方式，以便獲得最大經濟效益。