激光加工在泵阀等三大产业应用概述

1、激光加工在泵阀、轻工机械、不锈钢产业中的应用可行性报告一、激光加工技术应用发展现状在很多人的印象中，感觉激光加工是很高端的加工形式，激光加工成本高，只有在高端的产品上才会有应用需求。但实际企业调研显示，激光加工在很多方面已经显示出了自己的独特优势，激光加工不但生产效率高，近乎无污染的洁净加工技术，而且许多工艺与传统加工技术相比，成本更低，因此，在一些领域已全面替代了传统工艺技术。近年来，激光技术的迅速发展使得激光加工技术与传统制造业的融合速度在加快，目前，激光加工技术已在产品加工领域形成了5大市场模块，并且仍然处于快速发展阶段，其中，激光切割占到激光加工市场份额的37左右，激光打标及标识占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。激光加工技术近年来在我国发展迅速，每年的市场增速都在17以上，在某些特殊领域，其发展速度更高。欧美日等发达国家经过多年的连续快速发展以后，2011年略有下降，但欧洲国家仍然在激光的精细加工市场方面增长了20。二、激光加工技术的特点1、激光切割与打孔由于激光可以通过聚焦而获得高密度能量( 106-8J/ cm2)，瞬间可使任何固体材料熔化甚至蒸发， 因此，从理论上说可以用激光来加工任何种类的固体材料。事实上，激光一发明, 人们首先想到利用它来对宝石这类利用常规加工方法难以加工的材料进行孔加工。目前激光加工已经广泛用于各类材料

3、进行孔加工和切割，激光切割具有加工精度高、变形小、表面光滑、无塌边，加工后工件可直接用于装配，免除了模具制造费用；大大缩小了产品加工时间；激光切割适用于不同形状，可排版式套裁切割，能保证材料最大利用率，减少了浪费；另外切割过程中可随机对工件进行标识打标和点状打标；为非接触性加工，避免了钣材划花刮伤现象，提高了产品档次。2、激光打标与标识制作生产生活中产品尤其是具有一定规模和实力的企业产品的标记和防伪是不可缺少的，而同时人们对产品美化的要求也越来越高。激光打标和标识制作利用高密度能量的激光束, 会聚在工件表面对目标进行表面扫描，使材料表面发生物理或化学的变化，导致目标表面的光反射特性出现变化,，

4、从而获得可见图案。它属于一种非接触性的标刻方式。与传统的加工方式( 如喷墨打印、电火花加工、机械刀刻等) 相比，它具有许多难以比拟的优点。如能够采用计算机控制技术，效率高、节奏快；激光刻划精细，可以对各种材料的表面进行标记， 并且耐久性非常好；采用激光标刻的防伪效果非常好等。目前，激光打标与标识制造在工艺产品领域的应用愈来愈广泛。3、激光焊接激光焊接与常规焊接方法相比：常规焊接技术由于焊接区热变形量大，焊接区金相变化非常明显，因此在一些较精密的产品焊接上其应用受到明显制约。激光焊接利用激光的高能量密度，可以对高熔点、难熔金属或两种不同金属材料进行焊接，也可以对非金属材料进行焊接；加热速度快，作

5、用时间短，热影响区小，热变形可以忽略；属于非接触焊接，无机械应力和机械变形；激光焊接装置容易与计算机联机易于以自动化进行高速焊接；可以在大气中焊接和无污染等一系列优点；另外，激光焊接可通过设置激光脉冲的能量波形来控制焊接过程中激光能量的变化，解决加工过程中存在的加工强度不够、焊接表面不美观等问题；对于高碳刚等材料，激光焊接还可以解决焊接过程中急冷急热导致加工中出现热裂纹、冷裂纹等问题，使加工的产品达到最佳焊接效果。因此, 激光焊接在很多工业产品领域上获得了广泛应用。4、激光表面改性技术激光表面改性技术包括: 激光表面相变硬化、激光表面合金化与熔覆、激光表面非晶化与微晶和激光冲击强化等。利用激光

6、表面改性技术可以极大地提高零件表面的机械、物理和化学性能。如对一些表面硬度及耐磨性能要求较高的阀门产品，其表面处理技术可以采用激光表面处理，如激光淬火等。5、激光刻蚀、铣削与毛化利用激光的高密度能量，可以对硬脆性难加工材料进行激光刻蚀与铣削加工，如可以利用脉冲激光铣削加工硬质合金和氧化铝陶瓷等。利用脉冲激光还可以对轧辊进行毛化, 经过毛化的轧辊轧制的产品簿板具有着油漆牢固的特点。此外，还可以利用激光对钢套等零件进行毛化，能够大大提高其耐磨寿命。6、激光快速成型技术自20世纪90年代初美国3D Systems 公司开发出世界首台商品化的快速成型系统以来， 快速成型技术得到蓬勃发展。快速成型( R

7、apid Prototyoing, 简称RP)是通过把材料堆积，快速、精密地制造出实际零件，它体现了计算机辅助设计、数控、激光加工、新材料等学科和技术的综合利用。激光快速成型技术不需要借助其它设备和工具能够迅速和精确地制造出复杂的产品零件。激光快速成型技术主要有激光层叠法、粉末烧结法、光固化法等。7、激光清洗激光清洗可以使物体表面的污垢吸收光能而蒸发去除, 或者在表面产生力学共振而使污垢凝结脱落。激光清洗在可以用来清洗微电子芯片、设备的剥漆和产品除垢等方面。三、激光加工在泵阀、食品及医药轻工机械、不锈钢产业中的应用现状及可行性分析1、激光加工在泵阀产业中的应用现状及可行性分析泵阀产业为龙湾区传

8、统优势产业，尤其是阀门产业，其不锈钢阀门产量占全国总产量的40以上，不锈钢球阀占全国的70以上，其阀门产品总产值约占全国的30左右，为支撑龙湾区经济发展的支柱产业。随着龙湾泵阀产业集群的壮大，泵阀产品的激光加工应用范围也越来越广泛，目前泵阀产品的激光加工主要集中在激光切割上。今年4月份笔者曾在龙湾区沙北村某激光加工厂与企业技术及管理人员交流，发现送来切割的产品绝大部分是周围阀门企业的配套产品，加工形式主要是板材切割和异形孔切形。该企业自主投资300多万元购置了一台功率为2KW的进口激光切割机床，对激光切割在泵阀产业中的应用十分看好。从这个例子中可以看出，激光的切割加工应用其实在龙湾区泵阀企业产

9、品中已经获得了一定程度的认可。下面从激光加工在泵阀产品领域中应用的难易程度及应用种类进行分析。（1）激光切割在阀门板材、型材、型孔的加工应用这类激光加工应用目前已经在泵阀配套产品中扩展开来。企业调研发现，目前企业产品的板材切割，加工成本主要视板材材质、板材厚度影响较大，对于板厚在1mm以下的薄板不锈钢的激光切割加工，其价格在13元/米左右，企业能够普遍接受。当板厚增加到5mm以上后，激光切割加工费用在15元/米以上，加工成本的急剧上升使企业对于厚板激光切割的应用持犹豫态度。因此，激光切割在泵阀产品板材及型孔的加工对于5mm厚度以下的不锈钢板，企业具有积极态度，对于5mm以上厚度的板材切割，视产

10、品需要，持一定的矛盾态度。图1和图2为激光加工的密排孔和渐开线。（2）激光打标及标识在泵阀产品的加工应用目前泵阀产品的激光打标加工在龙湾企业中采用较少，这主要与企业的经营规模及产品档次有关。很多企业甚至是中大型企业不愿意或没有意识到采用激光打标为自己的阀门产品进行标识，仍然采用的是传统墨印、机械压印或刻蚀方式在产品上制作标识，这类标识方式很容易被同类企业产品模仿，从而出现产品仿造侵权现象。随着龙湾阀门企业产品档次及产品质量的提高，许多产品容易成为其他企业模仿的对象，由于激光标识造型美观、形态生动，标识制作工艺较为成熟，因此，对于一些中大型阀门生产企业，其产品的激光标识及防伪制作已经开始受到企业

11、的重视，激光打标及标识在泵阀产品的加工应用应该首先并且能够从这类企业推广开来。图1 激光加工的密排孔 图2 激光加工的渐开线（3）激光焊接与激光熔覆加工在阀门产品的加工应用金属覆层激光焊接技术综合了堆焊和热喷涂的许多优点。与堆焊相比, 金属覆层激光焊接具有较低的热输入，因此热影响区较小，稀释程度低，使用状态下的金相组织优良，并且变形小。与热喷涂相比，金属覆层激光焊接具有很高的附着力和致密度，无气孔。金属覆层激光焊接已在油气生产、净化、运输和石油化工行业中的阀门产品中获得应用。这类阀门的耐腐蚀和耐磨损性能决定了设备装置的运行寿命。金属覆层激光焊接能够改善阀门表面及其密封面的各项性能、适用于产品的

12、生产或已损坏产品的维修等。某企业采用阀体为含C量0.3%的碳钢锻件制造的油气用阀门经过金属覆层激光焊接加工后，在其加工面上进行液体着色探伤, 表面上没有任何孔隙或裂纹。使用中也未发现腐蚀现象。在通过显微镜检查和硬度测定及化学分析，在覆层上没有气孔，在覆层及基体上没有裂纹，硬度测定值较普通堆焊技术提高了约1050。金属覆层激光焊接技术只是激光焊接与激光熔覆加工应用的一个分支，激光焊接还可广泛应用于其他焊接方法不能完成的结构复杂阀门零件的焊接。由此可见，激光焊接与激光熔覆加工在阀门产品上的应用大有可为，激光焊接技术的采用，可大幅度提高泵阀产品的使用性能和产品质量，并扩大阀门产品的应用领域，产生极大

13、的经济效益和社会效益。龙湾阀门企业的产品升级换代，可以考虑在激光焊接与激光熔覆加工方面投入一定的精力和财力进行产品的应用技术开发和技术推广。（4）激光表面改性技术在阀门产品的加工应用目前激光表面改性技术在龙湾阀门生产企业中的产品应用尚属空白，对于一些对阀门产品表面硬度及耐磨性能要求较高的产品，可以考虑进行产品的激光表面淬火和激光表面冲击强化加工，进行这方面的技术开发和产品应用工艺开发，对扩大阀门企业在一些特殊行业的产品应用具有很大的帮助。（5）激光精细加工在阀门产品的加工应用一些龙湾的大型阀门生产企业已开始对阀门的精细加工技术提出了技术需求，如阀门的精密微细钻孔技术其孔径及加工精度等问题，传统

14、的机械加工及电加工方法已不能满足需要，这类对精细加工技术提出了更高要求的产品只能依靠新型加工手段来解决，激光精细加工技术在这方面具有较大的工艺优势，但目前困扰该技术应用的问题一个是加工成本很高昂，一个是大专院校的研究成果还没有完全贴近企业需要，有待政府和市场居中引导，推动该加工技术在特定泵阀产品的应用。（6）激光刻蚀与铣削加工在阀门产品的加工应用一些特殊应用行业的龙湾泵阀生产企业已经开始寻求采用高耐腐蚀、耐高温、耐冲刷（耐磨）性能的合金材料或硬质合金来制造阀门零件，这类合金材料采用传统的机械加工方式或电加工方式已很难满足需要，需要采用激光刻蚀或激光铣削技术才能较好的达到加工要求。因此，随着泵阀

15、企业产品的升级换代，这是一个潜在的应用发展方向。另外，激光雕刻在一些泵阀零件上也是一种潜在的加工应用方式。2、激光加工在食品、医药轻工机械产业中的应用现状及可行性分析食品、饮料及医药等轻工机械行业也是龙湾区的支柱产业之一，激光加工目前在这类企业中的应用比较少，但是如果结合激光加工的特点，激光打标、激光切割及激光焊接与熔覆加工在轻工机械领域的应用大有可为，有着很大的发展潜力。（1）激光打标与标识在轻工机械产品中的应用目前龙湾轻工机械企业中有部分企业已经开始在采用激光加工的方式为产品打标，但是应用范围较为狭窄。由于轻工机械主要是成套产品出厂销售，因此其产品的激光打标操作工作量较少，成本也不高，具有

16、相当的应用实现可行性。龙湾企业在食品、饮料、中成药提炼浓缩等轻工机械成套设备的制造上在全国具有一定的影响力，企业应该注意宣传并保护自己产品的品牌，政府部门也应该在这方面对企业加强宣传和引导。成套机械设备的品牌标识及激光打标在企业产品宣传及防伪保护方面有着很大的应用潜力。（2）激光切割在轻工机械产品的管材、型材、型孔的加工方面的应用激光切割在轻工机械领域的加工应用同龙湾的泵阀产业一样，很多都是其配套产品在用。企业的应用情形同泵阀产品一样，其加工费用是一个很大的影响因素。普通管材及型孔的切割有着很大的应用市场，但目前仍有待推广。在一些普通机械加工及电加工难加工的产品加工应用方面，激光切割仍然是一个

17、待选的因素。（3）激光焊接与激光熔覆加工在轻工机械产品的加工应用据笔者对龙湾天龙、龙强、日中等多家轻工机械企业的调研发现，激光焊接加工技术在这方面的产品应用仍属空白，目前很多企业在压力容器、容器罐、流体管道、管道接头等产品的焊接上仍然采用的是人工手工焊接，一些上规模的企业采用的机械焊接机焊接，手工焊接的质量很难保证，机械焊接机焊接工艺随产品形状不同也很难保证产品焊接质量，因此一些上规模的企业采购了X射线无损探伤仪对产品焊缝进行探伤检测，许多压力容器需要进行耐压测试，其产品检测不断增加了产品成本，还增加了产品出厂周期，激光焊接焊缝小，工艺质量稳定，在对焊接质量要求比较高的产品上具有很大的技术优势

18、，在轻工机械产品领域具有巨大的发展和应用潜力。3、激光加工在不锈钢产品行业中的应用现状及可行性分析 不锈钢产业是继泵阀、轻工机械之外龙湾区的另一个支柱性产业，在激光加工应用方面也有着巨大的发展潜力。（1）激光打标与标识在不锈钢产品中的应用激光标识造型美观，在一定程度上可以提高产品的消费定位。如不锈钢刀具、炊具等产品，采用激光标识会使产品具有更高的档次。一些大企业生产的不锈钢管等终端产品质量稳定，产品品质较高，可以考虑采用激光标识在产品上制作品牌标识，以打造企业自有产品的品牌意识。（2）激光切割与激光焊接在不锈钢产品加工方面的应用对于壁厚较薄的不锈钢板材、管材、型材等产品，激光切割价格较低，操作

19、简单，具有很大的竞争优势。另外对于一些应用行业要求加高，壁厚较大的大口径不锈钢管材，传统切割方式较难操作，可以考虑采用激光切割加工。相对来说，激光焊接对不锈钢产品的直接生产企业来说，应用较少，激光焊接应用较多的，主要是不锈钢产品的下游用户。但对于一些不锈钢管采用卷板成型的生产企业，管缝的接合焊接加工，激光焊接具有一定的应用潜力。由于激光焊接可以焊接不同材质的异形材料，因此，不锈钢生产企业可以考虑进行相应技术开发，利用激光焊接技术生产一些复合管道满足特殊的使用环境，向高附加值的产品链条攀升。（3）激光表面改性与激光精细加工在不锈钢产品加工方面的应用鉴于龙湾不锈钢企业生产的产品，主要以不锈钢板材、棒材、型材、管材等产品为主，产品链条较为粗旷，泵阀零件一类附加值稍高一些的产品相对偏少，因此，激光表面改性技术在不锈钢管材等产品的应用上是一个理论上潜在的应用方向。只有当不锈钢产品批量向泵阀零件一类较精细产品方向转型