新型激光技术的应用与限制

上面所描述的激光弯曲技术具备以下特点：

①非接触弯曲。

②弯曲接缝线容易采用软件导引控制。

③弯曲方向可以朝向激光束或者背离激光束，或者不进行弯曲只是在激光扫描方向上尺寸缩短。

④弯曲部位本身比母材厚，强度高。

⑤没有反弹回复。

⑥弯曲角度可以精确控制，重复性好，采用不同直径的光斑，弯曲角可以尖锐也可以很平滑。

⑦可以加入在线测量控制最终弯曲角度。

⑧除非激光速度以及能量在程序中进行调整，否则每次扫描的弯曲角度会略有变化。

⑨弯曲角度比较大时，弯曲速度比较慢，需要结合其他技术复合弯曲。先采用机械弯曲勾勒出大致形状，再利用激光方法完成弯曲。这种技术被提出用于弯曲战斗机的机翼^[8，20]。

目前这种技术比较新，其应用还很少。但是已有大量的研究进行，其应用领域正在扩展，主要包括：

①弯曲管道或者突起^[5，9，21]。通过控制激光能量，管道可以保持圆形，外壁径向厚度不会显著变小。压力管道以及流体系统可以采用这种方法完成。可以先采用激光弯曲进行预成形然后进行液压成形。对于大的结构部件以及非常发散光束，该技术与高功率弧光灯存在一定的竞争^[22]。除了管道弯曲，激光还可以用来缩小管径，在壁上生成褶皱等（图8.22）^[9]。

②Namba提出激光技术可以作为宇航员用成形工具^[4]。很显然在太空中应用笨重的弯曲工具是非常不方便的，激光可以用来弯曲、切割、焊接、融覆、打标以及清洗等。除了电力供应以及较低的压力外，特殊的空间用途的激光器并不难建造。

③密封电接触器的调整^[23，24]。这里以密封在玻璃管里的继电器为例，说明激光如何进行开关位置的调整。簧片开始加工时是闭合的，然后采用激光作用直至其打开。电子枪也可以采用类似技术进行调整。

④尝试棒材的激光直化。激光束采用线光源，调整激光沿棒材的边线照射，棒材沿轴线旋转，则光束在棒材的上下边线跳动，如果棒材是直的，则光束不会照射在其上面。如果棒材弯曲，光束将照射在弯曲的内侧，通过褶皱机制使棒材变直。(www.xing528.com)

图8.22 采用镦压成形的管^[9]

管径89mm，壁厚1.8mm，采用600W CO₂激光，光束直径5mm，扫描速度30mm/s，扫描模式如图箭头所示，所以扫描都从下向上，总共三个起始点，120度间隔，扫描距离分别为90、70、40、20mm。扫描一次后90s冷却，再进行下一次扫描。总的重复次数为3次，每个区域经受9次扫描。

⑤雨刷的曲线成形和加热处理^[22]。条带形的弹簧钢以1.3m/min的速度从生产线上移动，采用4kW的二极管激光进行弯曲成形。然后用两个红外灯加热，形成奥氏体，硬度为Rc58/60。如果使流水线的速度达到10m/min，需要30～60kW的功率，这可以采用弧光灯。

⑥小规模原型件生产。激光处理不需要硬加工，只需要软件设计就能实现原型板材结构的加工。它可以用来制作概念性的飞机部件以及汽车原型部件。由于其较慢的加工速度无法应用于大规模生产。但是对于每年只有几百个常量的产品，比如飞机机翼，激光弯曲成形是一种值得认真考虑的技术。

⑦艺术品的制作。激光作为一种弯曲成形工具可以很容易的制作各种奇特的形状。比如Sarah Silve利用两束激光制作出了寿司盘（见图8.23），该盘采用激光切割成需要的尺寸，激光打上标志，最后采用激光弯曲成形。后来又加上了装饰性的腿。Silve在她的论文中创造出胚胎形状词汇来描述她的艺术品^[9，21]。

⑧电子零件的微操控^[11]。这是荷兰Philips公司已经在实际中获得应用的一项技术。把光盘驱动器固定在CD机特殊形状的底板上。通过脉冲激光作用在三个固定点之一，经过多个脉冲作用，底板向上或者向下弯曲，可以调整到合适的位置。每次安装采用激光路线可以节省8s，后面精确的调整可以放宽前面的装配精度。

⑨汽车外壳的无回弹校正^[13]。当汽车侧面与顶棚配合时，总会有空隙，如果要焊接的话，空隙必须闭合。夹持或者机械弯曲成本很高并且可能损坏金属板，可以采用激光弯曲成形来使空隙闭合，且无回弹。

⑩焊接板材的校正。采用激光弯曲技术，焊接后的变形可以减少50%，但是径向变形消除并不容易^[25]。

(11)弯曲脆性材料。由于激光弯曲实质上是压缩，某些脆性材料，比如铸铁^[14]、锆石、玻璃、氧化铝等塑性很小的材料也可以激光弯曲^[5]。

(12)造船工业弯曲厚截面板材。工人坐在水桶上手持火炬的操作方式很快将成为历史，厚板材可以采用强激光弯曲成形。整个过程可以全程自动控制、监测。造船工业如果不采用此项技术将是很奇怪的^[26]。

图8.23 Silve采用激光切割、打标、弯曲制成的寿司盘

材料为铝和黄铜