加工金屬材料時最常用的操作是鑽孔、切割、焊接和淬火。激光的引進讓加工的強度、質量以及範圍等都有了一個提升,現在激光除對金屬材料進行加工之外,還能對許多非金屬材料進行加工。
我國傳統的機械鑽孔機是電動鑽孔機或衝床,它們一度在鑽孔方麵發揮了重要的作用,但是機械鑽孔的效率非常低,而且鑽出的孔洞表麵特別不光潔,激光鑽孔機彌補了機械鑽孔機的這種缺陷。
激光鑽孔機
激光鑽孔的原理是如何實現的呢?原來它是利用激光束聚集溫度,從而使金屬表麵的溫度迅速上升,這種升溫的速度可達到每秒100萬℃。巨大的熱量集中在金屬的某一點上,便會將金屬燒熔直至汽化,一個個光潔整齊的小孔就這樣留下來。激光鑽孔與加工材料的硬度和脆性沒有什麼關係,激光材料可以對任何加工材料進行操作,激光鑽孔的鑽孔速度非常快,它可以在幾千分之一秒乃至幾百萬分之一秒內鑽出小孔,這是任何其他鑽孔技術達不到的。
連人眼都難以察覺出來的微孔是如何鑽出來的呢?用電動鑽孔機很顯然不能完成這個任務,但是用激光鑽孔機卻能在1~2秒鍾內將這個任務全部完成。如果你用放大鏡對這些微孔進行觀察,你會發現微孔的表麵十分光潔,這就讓機械製造的精確度得到了提高。
由於激光鑽孔具有精確性和光潔性,所以工業上加工手表鑽石常用到激光鑽孔。激光鑽孔鑽20~30個孔隻需花1秒鍾,這比機械加工的效率高了幾百倍,並且激光鑽孔加工的質量也比機械鑽孔加工的質量高。激光操作還可以自動化連續地進行,在超淨和真空的特殊環境中也能正常地發揮作用,因此激光操作受到了生產廠家的青睞。
現在工業上切割金屬材料全部使用激光:隻要移動工件或者移動激光束,鑽出的孔洞便會連接成線,材料就這樣被切割下來。激光可以對任何材料進行切割,如鋼板、鈦板、陶瓷、石英、橡膠、塑料、皮革、化纖、木材等。激光可以將它們平整準確地切割下來,而且切割的邊緣也很光潔,與傳統的切割技術不同,這是科學技術的一大進步。
激光切割機
激光焊接的效率非常高,而且具有很高的功率密度。功率密度高指的是在每平方厘米的麵積上能集中較高的能量。激光的功率密度到底有多高呢?我們通過一個比較可以知道答案:工廠裏進行焊接時通常使用乙炔火焰,乙炔火焰能將兩塊鋼板焊接在一起,乙炔火焰的功率密度為1000瓦/平方厘米;氬弧焊設備的功率密度比乙炔火焰的功率密度要高,它可以達到10000瓦/平方厘米,然而這兩種焊接火焰還是不能與激光相比,激光的功率密度比它們的功率密度高出千萬倍。正是由於激光具有這樣高的功率密度,所以它不僅可以焊接普通金屬材料,還可以焊接脆弱的陶瓷,難怪現在工業上普遍采用激光進行焊接,這樣既可節省時間還可擴大焊接麵。
激光淬火與傳統的淬火方式有所不同,它是用激光掃描刀具或零件上需要淬火的部位,然後讓掃描區域的溫度迅速升高,其他部位的溫度則不會產生變化。由於金屬具有快速的散熱性,所以當激光束掃過之後,此部位的溫度便會迅速下降。隨著溫度的下降,金屬也就迅速變硬,這樣就取得了與普通淬火不同的效果。