近日，辽宁忠旺集团铝合金车体制造厂新进一台G6020F型新式光纤激光切割机，以进一步提升铝合金车体深加工能力。目前，该设备已完成安装工作。

　　中国忠旺控股有限公司是全球领先的工业铝型材研发制造商，成立于1993年，总部位于中国辽宁省。该公司致力于交通运输、机械设备及电力工程等领域的轻量化发展。根据波士顿咨询公司之相关统计，该公司是如今全球第二大、亚洲及中国最大的工业铝型材研发制造商。该公司2013年首季收益及纯利分别为人民币32.0亿元及4.95亿元，与去年持平。

　　该公司主要生产高精密、大截面的高附加值工业铝型材，产品广泛应用于交通运输领域，包括铁路客车及货车、城轨、汽车、重卡、船舶、航空航天等行业以及机械设备和电力工程等领域。公司集合金熔铸、模具设计、先进设备及产品研发四位一体的综合配套优势，彰显出本公司于行业中独特的核心竞争力。同时获有铁路、船舶等行业多项全球认证资质，境内外拥有超过1000家稳定客户群，遍及全球各主要市场。

　　忠旺新进的G6020F型新式光纤激光切割机是大族幅面较大的光纤激光切割机系列产品之一，拥有多项先进性能，可满足对铝板等材料的高精切割加工需要，促进铝合金车体制品的生产。该设备采用德国大功率IPG光纤，配备有精密直线导轨及德国进口的高精度齿轮齿条等传动机构，是集激光切割、精密机械、数控技术于一体的高新技术产品，主要适用于铝板、不锈钢板、碳钢板等中薄板材料的切割和成形。该设备采用龙门结构，具有较高的刚性和稳定性；以精密直线导轨和德国原装进口的斜齿轮、斜齿条作为传动元件，精度高，速度快；并配有专用的CAD/CAM自动编程、自动套料软件，方便生产和编程，并最大限度地节约原材料。该设备的软件能通过RS-232接口直接与数控系统通讯，实现对激光切割过程的远程交流和监控。

　　铝合金车体具有重量轻、耐腐蚀、外观平整度好、易于制造复杂美观外形等优点，因而受到世界各城市轨道交通部门的欢迎。在世界范围内，生产制造铝合金车体是铁路运输事业和城市轨道车辆发展的必然趋势。同时，激光加工是目前先进的工业制造加工方式，广泛应用于铝合金、碳钢板、不锈钢板等金属材料的切割、焊接、熔覆和成形，具有高速、高精度、高效率、大幅面、高性价比等特点。 以下OFweek激光网将简要介绍激光技术在铝合金加工制造中的应用及工艺。

　　铝合金激光焊接最为引人关注的特点是其高效率，而要充分发挥这种高效率就要把它运用到大厚度深熔焊接中。因此，研究和使用大功率激光器进行大厚度深熔焊接将是未来发展的必然趋势。大厚度深熔焊更加突出了小孔现象及其对焊缝气孔的影响，因此小孔形成机理及其控制变得更加重要，它必将成为未来学术界及工业界共同关心和研究的热点问题。

　　改善激光焊接过程的稳定性和焊缝成形、提高焊接质量是人们追求的目标。因此，激光-电弧复合工艺、填丝激光焊接、预置粉末激光焊接、双焦点技术以及光束整形等新技术将会得到进一步的完善和发展。

　　由于激光技术具有焊接热输入低，焊接受热区域影响小和不易变形等特点，因而在铝合金焊接领域受到格外的重视。但另一方面，由于其自身所存在的缺陷，导致铝合金激光焊接加工存在着三大焊接难点。

　　1.1、采取适当的表面预处理工艺。比如说砂纸打磨、表面化学浸蚀、表面镀等预处理措施。增加材料对激光的吸收率。

　　2.1、 经过多次焊接试验和研究发现，在焊接过程中调整激光功率波形，可以减少气孔不稳定塌陷，改变激光束照射的角度以及在焊接中施加磁场作用，都可以减少焊接时产生的气孔。

　　2.2、在使用YAG激光器时，可以通过调整脉冲波形，控制热输入，以减少结晶裂纹。

　　由于铝合金焊接产生的气孔不稳定，导致焊接接头的力学性能。铝合金主要包括Zn、Mg 、Lv三种元素。在焊接时，铝的沸点均高于其他两种元素的沸点。所以在铝合金元素焊接时可以加入一些低沸点合金元素，有利于小孔的形成，焊接的牢固性。

　　激光填丝焊接铝合金不但可以保持激光焊固有的优点，如能量集中、变形小等，还可以降低对接焊时的间隙裕度，减少焊接缺陷，提高接头性能等，从而扩大铝合金薄板激光焊接在航空航天工业中的应用。

　　铝合金是航空航天工业中的主要结构材料，它不仅具有高比强度、高比模量、良好的断裂韧性、疲劳强度和较低的裂纹扩展速率，同时还具有优良的成形工艺性和良好的耐蚀性。在民用飞机中，铝合金占结构材料重量百分比高达70%~80%。在新一代军用飞机中，由于复合材料和钛合金用量的增加，铝合金的用量有所减少，但高纯、高强、高韧的高性能铝合金用量却增加了。苏-27飞机上铝合金约占全机结构重量的60%。

　　激光焊接具有能量集中、焊接变形小、焊缝质量优良、生产效率高等优点，此外激光的柔性更增加了焊接工艺的灵活性。在飞机制造中，激光焊接可以实现飞机结构以焊代铆以及替代常规焊接方法提高焊缝质量。因此对铝合金的激光焊接技术研究成为各国特别是航空航天制造工业界的焦点。

　　1.焊接接头的化学成份完全取决于母材，性能不能按要求进行调整；激光焊接铝合金时，低沸点元素容易蒸发造成接头性能下降。

　　2.激光焊接对接头间隙要求严格，自熔焊所允许的间隙量最大不超过板厚的10%。在实际生产中，尤其对于航空航天工业，不可避免地会遇到对薄板的对接激光焊，当薄板厚度为1.2mm或者更薄时，对接焊的间隙要求很难满足。如果对薄板采用曲面对接焊，这一间隙要求更难达到。虽然通过机械加工可以使被焊工件的装配间隙符合要求，但这势必增加成本，更不利于激光焊接在工业生产中推广应用。

　　3.激光焊接铝合金时过程不稳定，焊缝成形不理想，且由于熔池中高反射率和低表面张力，将会导致焊缝缺陷，如焊塌、气孔和软化等。

　　同时，铝合金对气孔有最大的敏感性，而氢是铝及铝合金熔焊时产生气孔的主要原因。氢之所以能使焊缝形成气孔，与其在铝及铝合金中溶解度的变化特性有关。平衡条件下，氢在铝及铝合金中的溶解度在凝固点时可以从0.69ml/100g突降到0.036ml/100g，相差约20倍(在钢中只相差不到2倍)，这是氢容易使焊缝产生气孔的重要原因之一。另外，铝的导热性很强，在同样的工艺条件下，铝熔合区的冷却速度可为钢的4~7倍，不利于气泡的逸出，更易于促使气孔形成。这些问题制约了激光焊接技术在航空航天及国防工业等领域的应用。

　　采用激光填丝焊接技术(LaserWeldingTechniquewithFillerWire)不仅可以保持激光焊固有的优点，还可以改善铝合金激光焊接的表面成形，提高接头的力学性能，防止裂纹产生，以较小的功率实现厚板的焊接等，从而大大扩展激光焊接的可能性与应用范围。因此，激光填丝焊接技术是激光焊接的发展与应用中必须解决的一项基本技术。

　　激光填丝焊接的原理如图1所示，该工艺与“扫描”加工方式不同的是，聚焦激光斑点不是直接照射在工件表面，而是照射到焊丝上，焊丝金属熔化后再进入待焊两工件之间，为了保护加工区和控制光致等离子体，还需要向激光束和焊丝及工件作用部位吹送保护气体。为了实现单面焊双面成形，保证焊缝背面成形，还必须对其施加背保护。

　　研究铝合金薄板的激光填丝焊接性，为该技术在我国飞机制造和宇航服中的应用打下基础。同时，还可以解决型号研制中铝合金激光焊接不能填丝这一“瓶颈”问题，为工程化应用提供技术支持。

　　在对铝合金激光填丝焊接技术研究中，送丝直径最小为0.8mm，配合实现自动化焊接。由于铝丝质软易卷曲，在送丝过程中易出现堆丝，因此送丝系统理想的驱动方式是推-拉丝方式，即在焊丝盘一端推，在焊接头一端拉，如图2所示。在推丝送丝方式的焊把上加装了微型电动机作为拉丝动力。焊丝前进时既靠后边的推力，又靠前边的拉力，利用二者的合力来克服焊丝软管中的阻力。一般来说，在推-拉丝式送丝方式中，推丝电动机是主要的送丝动力，它保证等速送进焊丝。拉丝电动机只起到随时将焊丝拉直的作用。在推拉式送丝方式中，两个动力要有一定的配合，尽量做到同步，但以推为主。在焊丝送进过程中，始终要保持焊丝在软管中处于拉直状态。这样就要求拉丝动力稍快于推丝动力，这两个动力之间要保持一定的速率比。

　　激光填丝焊接技术的关键是确定焊丝的送丝位置和送丝速度。送丝位置是指在焊接方向上相对于匙孔的位置偏差(Wx)以及沿激光束轴线横穿匙孔的位置偏差(Wz)，如图3所示。送丝方式分为前送丝和后送丝。前送丝是指与焊接方向相反，焊丝末端指向匙孔前边缘的送进方式；后送丝是指与焊接方向相同，焊丝末端指向匙孔后边缘的送进方式。一般认为，前送丝方式可以使填充材料在焊缝中的分布更加均匀。

　　在激光焊接过程中，横向于焊接方向的送丝位置偏差WY(见图3)所引起的问题尤为突出。例如，对于WY=0.25mm的位置偏差，当采用？2填充焊丝时相对于直径1.0焊丝熔化效率将下降30%；相对于直径1.2焊丝熔化效率将下降36%。当位置偏差WY=0.4mm时，将造成严重不均匀的熔敷焊道。因此，WY应尽量接近0mm。而试验证明WX应控制在0.3~2mm之间焊接效果最佳。

　　相对于工件表面的送丝角度w由焊接装置的几何尺寸决定，通常在比较宽的范围内即30~75。金属材料的反射率作为冲击角的函数而变化。当该角接近90时反射率达到最低。但这个角度在实际中无法实现。试验获得该角度在50~60范围内，能保证焊丝的最大稳定性和焊缝的最好力学性能。

　　激光填丝焊接过程中送丝速度必须和焊接速度、激光功率等焊接工艺参数相匹配，过大的送丝速度将导致焊缝余高过大，而送丝速度太小则会产生不规则的焊缝成形。专家曾指出激光焊接过程中焊丝几乎100%过渡到焊接熔池中，因此根据焊接过程的物质平衡计算出送丝速度的预测公式。

　　式中：b为拼缝间隙(mm)；为工件厚度(mm)；vs为焊接速度(m/min)；d为焊丝直径(mm)；vf为送丝速度(m/min)；k为成形系数，成形系数由余高的要求确定，约为1.2~1.3。

　　通过试验证明，该公式对于3mm厚铝锂合金的激光填丝焊基本符合，但是对于1.2mm厚的5A06铝合金薄板并不符合。如图4所示两个空间曲面之间为堆焊时焊缝成形较好的送丝速度选择范围。

　　图5为对接间隙约0.1mm，焊丝直径1.2mm，焊接速度4.5m/min，激光功率3100W，焊缝成形最好的送丝速度约是5m/min。因此，对于某种材料的激光填丝焊接技术，送丝速度的确定还具有不确定性。

　　最大间隙容许裕度指焊接过程中不能获得良好焊缝成形的起始失效处的间隙宽度。通过对接变间隙法试验证明，铝合金激光填丝焊的最大间隙容许裕度较激光焊而言有显著增加。例如，1.2mm厚的5A06铝合金薄板的对接适应间隙最大可以达到约1mm，如图6所示。这明显高于激光对接焊时最大容许间隙裕度(板厚的10﹪即0.12mm)。

　　对于1.2mm厚的5A06铝合金激光填丝焊接焊缝，选取典型试件进行X光探伤试验，X射线检测未发现超标缺陷，达到HB5375-87Ⅰ级焊缝的技术要求。同时，焊接接头的抗拉强度和屈服强度均达到母材水平。

　　采用多道焊技术可以提高激光焊接厚板的能力。例如焊前试板加工成阶梯形坡口还是双边V型坡口，当选用匹配的工艺参数，就能获得较好的焊缝。确定合理的焊接顺序，可以最大程度地减小焊接变形。同其他焊接方法相比，焊接坡口间隙很小，这有利于改善焊接质量，节约焊接成本，提高生产效率。

　　异种金属焊接时，由于对接的基体金属化学成分及组织有较大差异，因此采用自熔焊技术很难得到满意的接头质量。但填丝焊却可以弥补自熔焊的不足，通过选用合适的填充焊丝可以使焊接接头具有优良的综合性能。

　　当对焊丝未采用加热措施时，激光束的能量有很大一部分作用在焊丝上，这无疑会降低焊接速度。为了充分利用激光束的能量优势，引入了热丝焊工艺。热丝焊减少了激光消耗在焊丝上的能量，从而提高了焊接速度。激光热丝焊工艺需增加一套预热设备，一般采用电阻加热。可直接将电极接在送丝滚轮上，通过大电流将焊丝在瞬间加热至接近熔点温度，当焊丝被送到焊接熔池边时，由于焊丝表面温度很高，仅需很少的激光能量就能将其熔化。而熔化的焊丝能吸收大量的激光能量，并向母材传导。同自熔焊相比，热丝焊更有利于激光能量的吸收。因此，激光热丝焊的焊接速度可以比自熔焊更高。

　　激光填丝焊由于能够增加焊缝最大间隙裕度，改善接头的组织和性能，增强焊接厚板及异种金属能力，极大地扩展了激光焊接的应用范围。对激光填丝焊在航空航天材料中的进一步研究，可以推动航空航天制造技术的发展，加快对传统工业的改造。因此，激光填丝焊的研究具有广阔的前景。

　　激光切割技术在铝合金加工工艺中具有很重要的位置，大大提高了铝合金工艺的劳动生产率，推动了铝合金工艺的发展。在铝合金加工中，使用激光切割机可以大大地缩减加工的周期，提高加工精度，加快产品的开发速度，同时也降低了生产成本，这些优点被众多制造企业关注，且逐渐在铝合金加工中采用激光切割机。

　　激光切割的原理是激光切割机把激光聚焦在需要加工的材料表面上任意一点，激光的光能则在这一点上转换为热能，在非常短的时间之内，激光照射点的温度会急速升高，到达材料的熔点，之后升至其沸点，材料开始融化，然后气化，之后这一激光照射点就会变成一个孔；这时候激光切割机已设定好移动路径，激光束则在激光切割机的控制下顺着设定的路径开始移动，在这一过程中，被切割材料的表面会出现液化、气化的变化，并且激光束经过的路径会遗留下一道细长的缝隙。

　　AMADA的激光切割机的编程软件是AM-LASER，其CAD工作平台采用的CADKEY7.0，并且以Lnest以及旋转支撑等功能进行辅助。Lnest可以在定尺材料商对厚度相同的不同零件进行优化排列，利用此功能，激光切割薄板可以省去开料这一道工序，减少工时，同时也有效地降低材料装夹的次数。瑞士百超的激光切割机采用的是“飞行光路”这一较为先进的原理，需要加工的板材则不用夹紧，没有存在加工死区，同时加工的速度大大的提高；编制切割方案的时候，必须按照生产计划将料厚相同但类型不同的多排列在定尺材料之上，以此增强材料的利用率。

　　近几年来，在纺织机械产品当中，少切削、无切削及铝合金件占据的比重逐渐增大。然而，目前的市场竞争十分激烈、如何满足用户相对较小但是批量又很多的品种尽快交换的要求，这是每一个企业所面临的很大难题。如果工艺设备过于落后，那么每一项铝合金类零件在落料生产工序中则会花费大量的工作时间。绝大多数落料都要用到模具，二模具的设计以及生产都需要一定的时间；另外，新产品的出现都是要经过单间小批量地生产，而且零件还会依据试制情况的变化做出相应的改变与调整，如此，利用模具则大大增加了成本。而采用激光切割落料，无需利用到模具，节省大量的模具投入，加大缩短了生产的准备时间，加快了产品开发的速度。如今的市场瞬息万变、产品开发的速度越快就越能提前占领市场。激光切割冲压零件还可以确保模具设计的准确性。落料是拉伸成型的前道工序，其落料尺寸通常要进行修正。然而利用激光切割机切割出的冲压零件在成型模上试加工，可以比较准确地制定出落料模的尺寸大小，为今后进行大批量生产做基础。

　　激光束都是以点的形势存在，因此在二维平面加工中具有很大的柔性化。激光切割机加工过程中，只有切割头进行移动，但工件则是静止，无需设置微连接，有助于激光在切割加工过程中比较简便。它的计算机CAM系统不需要进行单个零件的加工工艺的制作，仅仅需要把排样的结果以及切割的路线进行优化即可，然后启动激光发生就可以加工。但是在复合机当中，则需要进行模具设置、激光切割路线的预设以及为连接部位的设定，之后才可以进行下一步的加工。由此对比，激光切割机与复合机比较，激光切割的工艺工序准备工作时间大大的减少。在实际运用当中，复合机在加工的时候，由于夹钳拖动工件以及模具存在一些落料量，因此在原材料上则会出现加工死区，然而激光切割机进行切割时于工件静止，因而没有出现死区，从而提高了原材料的利用率，有效降低了单件工序所消耗的原材料成本。近几年来，激光切割的加工精度逐渐提高，极大地简化一些加工工序，降低了单件的加工成本。同时，由于激光切割机切割速度的快速提高，极大地减少了工件的加工时间，同时操作人员的个人生产效率也得到很大的提高。

　　由于激光切割加工速度不断提升，促使工件的加工热所影响的范围逐渐减小，整个工作在切割加工中所出现的热变形量也随之减小。同时，由于二氧化碳激光器的稳定性逐渐提高，也促使激光切割面的光洁度随之增强。另外，工件静止的加工方式大大减少了振动。由于激光切割加工的精度水平的不断提高，使得激光切割加工的农机铝合金件也逐渐发生改变，由原来的低精度件逐渐转向高精度件发展。从生产实际情况来看，原先复合机APELIO Ⅱ357通常是加工材料厚度低于2mm 比较薄的零件，主要加工的是纺机的外包容件。而现在激光切割机既可以加工上述的零件，又可以加工材料厚度于3mm--4mm或者大于6mm的中厚零件。这类零件大多数是结构件、传动件以及主要的工作件，对于加工精度要求比较高，其中，有一部分的零件已经接近加工件的精度要求。采用激光切割的加工零件，不仅具备变形量小、加工面光洁度高的特点，同时还有工序毛刺小甚至没有、零件的尺寸大小一致性好等特点，在农业机械的装配尺寸精度控制中具有最大的作用。

　　激光切割可以加工一些通常方法都比较难加工的零件，例如染整机这一系列中绝大多数不锈钢箱体，它上面有很多不一样的孔，由于箱体比较大，以普通加工方法很难进行加工，然而激光切割完全可以满足这一类的要求，而且加工同一零件所用的时间很短，准确性极高。产品的技术含量也不断地提高，因此市场竞争力也随着增强。星空体育官方网站星空体育官方网站