电子束加工与激光加工的互补性(下)

　　三、电子束加工与激光加工的互补性及在应用中的选择

　　电子束与激光加工的应用领域大体相同，这是因为他们同属高能密热源，其能量密度在同一段数量级，远高于其他热源;同时，他们与材料的作用原理也极其相近。但是，由于它们在束的产生和传输方式上的不同，因而各有各的应用场合。它们不能相互代替，但可相互补充。作为应用者，需更多地了解这两种热源的各自特点、适用条件和经济性能，以便合理地应用。

　　和电子束加工一样，汽车工业是激光加工设备的最大用户，但激光加工除用于焊接和热处理外，还能进行切割、打标、钻孔等工作，这些方面正是电子束无能为力的。激光加工还可用于切割仪表盘、车门等冲压件的飞边以及在发动机、变速器、各种关键零部件及窗玻璃上打标。

　　1.激光切割：激光在汽车工业中受到青睐的原因首先是生产效率高及加工质量好，可以节省大量的后续加工。例如美国在“牧马人(Wrangler)”吉普车的生产中，使用了三台激光器与机器人配合的联合切割机，为厚4mm的冷轧板切割圆孔及型孔，孔径在6～35mm之间，每张板共切割40个孔，全部切割时间不超过50秒。

　　2.激光焊接：Webber就3kW和1.5kW高功率YAG激光在汽车焊接中的成本进行了比较。当焊速为5m/min时，用3kW YAG激光，焊深可达1.9mm,1.5kW激光为1.3mm，将其用于镀锌板装配焊接，不包括上下料，焊接时间仅32秒。将激光器、Q开关、导光系统、高度传感器、检测器、制冷机组、五轴加工中心或机器人运动系统等设备投资和电费、保护气体、保护窗及灯等运行费用加在一起，单位焊缝成本大约是0.39美元米。日本神户制钢厂早在1986年就在不锈钢带连续退火酸洗生产线上用了激光焊接，所用CO 2 激光器功率为10kW，可以焊接1.6～8mm，带宽650～1600mm的钢带，焊接在不停机状态下连续进行。但激光在汽车工业中的应用目前仍只限于薄件的切割和焊接，以及零件的打标和局部表面处理。而对大厚度零部件的焊接，如后桥壳、轴头、变速箱体、重型变速齿轮、大马力柴油机活塞等的焊接，仍然以采用电子束焊接为宜。

　　3.激光热处理：材料的高能密束热处理一直是电子束和激光加工技术的重要应用领域，包括：熔化凝固处理─密实材料表面重熔;表面上釉─材料表面薄层快速凝固;密实化处理─多孔材料表面重熔密实;合金化处理─将预涂或气相元素与基体表层熔化，形成有一定深度的合金层;表面涂覆─将预涂的粉熔化，形成合金层熔化基材上，但基体不熔;相变硬化处理─利用高能密束瞬间表面加热及基体急速冷却，形成自淬火。
热处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，因此一般说来激光更适合于热处理，这也是激光热处理远比电子束热处理应用面广的根本原因，我国在汽车修理行业对发动机缸体普遍采用激光淬火。镗缸经过大修后的发动机，平均行驶里程只有4万公里，但经激光淬火后，行驶里程可达20万公里以上，即提高了3～5倍，既大大节省了大修费用，也降低了油耗，减少了对环境的污染。但是对于某些材料和零件，由于材料性质的限制不能进行大面积均匀处理，则用电子束处理更为合适。

　　4.经济性比较：在大多数焊接和热处理应用中，激光和电子束都能满足要求，如何选用则要根据具体情况而定。例如，焊接汽车变速齿轮时，国外因电子束和同等效率的激光设备成本大致相同，厂家往往更多考虑对产品规格型号改变时的适应性而选用激光。我国目前电子束焊机的生产率大约是1件/分，而激光是2件/分，而设备价格前者大约也是后者的一半。因此，若不要求更高的生产率时，选用前者会更经济。若需要得到更高的生产率和为今后变换产品规格时能较好地适应，显然就宜选用后者。

　　5.提高设备质量：激光加工和电子束加工设备的开发、制造中有一个很明显的区别，即激光器总是作为设备中的一个主要的独立部件，有专门的厂家制造，有不同的品牌、规格、型号。加工设备的制造厂家可以根据需要合理地选配不同的激光器，最大限度地发挥激光器的效能，也能保证设备总体的可靠性和稳定性。很多生产厂家本身就是数控机床或机器人的制造厂，也有的是相关类型加工设备的生产厂。

　　电子束设备的生产基本上还是各大组部分集于一家的生产方式，很难有一个企业在光、机、电的各个方面都很专长。国内这一问题相对来讲更为突出，因而设备故障率也相对更高些。目前国产电子束设备品种少，适应性差，可靠性不十分满意。 针对我国的实际情况，加强激光和电子束设备生产的专业化和协作化，提高整机质量应是当务之急。我国近几年来已进口大中型激光切割机数十台，但就我国当前总体技术水平而言，大多数进口设备应国内能自行解决，而具体到某一单位就常常不尽人意了。开展高能束技术咨询看来也应是十分必要的，它可以帮助厂家正确选择高能束加工方式，以便获得最大经济效益。

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