2025年高考激光技術(shù)在汽車(chē)工業(yè)中的運(yùn)用

　　激光技術(shù)在汽車(chē)工業(yè)中的運(yùn)用

　　1960年，美國(guó)的梅曼(Maiman)首先在實(shí)驗(yàn)室用紅寶石晶體獲得了激光輸出，此后，激光器件和技術(shù)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，相繼出現(xiàn)了種類(lèi)繁多的激光器，不同種類(lèi)激光器件的大量涌現(xiàn)，使激光技術(shù)滿(mǎn)足了不同行業(yè)的需要。激光標(biāo)記、激光切割、激光熱處理、激光打孔、激光焊接、激光測(cè)量等激光加工技術(shù)在汽車(chē)工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，并以其加工應(yīng)用范圍廣、工藝靈活多樣、加工精度高、質(zhì)量好、生產(chǎn)清潔、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化和智能化等優(yōu)點(diǎn)正逐步取代傳統(tǒng)的加工方法。汽車(chē)工業(yè)是一個(gè)需要大量加工和測(cè)試的生產(chǎn)型產(chǎn)業(yè)，也是激光技術(shù)應(yīng)用最廣泛的行業(yè)之一，在汽車(chē)工業(yè)向安全、舒適、節(jié)能和環(huán)保方向發(fā)展時(shí)，大規(guī)模激光技術(shù)的應(yīng)用就顯得更加迫切。

　　激光標(biāo)記是激光加工領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的激光技術(shù)之一，激光打標(biāo)技術(shù)是當(dāng)代高科技激光技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)晶產(chǎn)品，幾乎可以在所有材料上標(biāo)記，與傳統(tǒng)的機(jī)械刻劃等方式相比，激光打標(biāo)技術(shù)具有成本低、靈活性高的特點(diǎn)，由于采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制，其適用范圍更廣。激光打標(biāo)利用聲光Q開(kāi)關(guān)將波長(zhǎng)為1064nm的激光束調(diào)制成高峰值功率、高重復(fù)頻率的脈沖激光后，經(jīng)過(guò)響應(yīng)速度極快的X-Y振鏡掃描器，由光學(xué)系統(tǒng)聚焦到工件表面。功率密度極高的激光束使工件表面熔融汽化形成標(biāo)記。所需標(biāo)刻的圖案由計(jì)算機(jī)編排且實(shí)時(shí)監(jiān)控，使激光束按計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的圖案掃描，可迅速準(zhǔn)確地完成所見(jiàn)即所得的打標(biāo)工作。

　　激光作用于工件表面所產(chǎn)生標(biāo)記的牢固永久性是其突出特點(diǎn)，所以激光標(biāo)記系統(tǒng)可對(duì)大批量生產(chǎn)的工件實(shí)行產(chǎn)品單個(gè)識(shí)別編號(hào)，再以條行碼或者二維碼陣列標(biāo)在產(chǎn)品上，可極為有效地幫助實(shí)行生產(chǎn)工序控制、質(zhì)量控制以及防止假冒產(chǎn)品，常用來(lái)在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上制作標(biāo)識(shí)和商標(biāo)。激光打標(biāo)時(shí)與工件不接觸，對(duì)工件表面不產(chǎn)生任何機(jī)械形變，高速打標(biāo)可在生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)打標(biāo)，這種特性特別適合汽車(chē)工業(yè)中的大規(guī)模的應(yīng)用，可以用于汽車(chē)零部件的高精度、快速刻劃標(biāo)記。針對(duì)汽車(chē)工業(yè)流水線生產(chǎn)的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)有些廠商都開(kāi)發(fā)出了適合汽車(chē)工業(yè)使用的專(zhuān)用打標(biāo)系統(tǒng)，如湖北光通光電系統(tǒng)有限公司的高速振鏡式全固化固體激光打標(biāo)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、打標(biāo)精度和激光峰值功率高，掃描速度快，特別適合在汽車(chē)生產(chǎn)線上使用。

　　激光熱處理是利用高功率密度的激光束對(duì)金屬進(jìn)行表面處理的方法，它可以對(duì)材料實(shí)現(xiàn)相變硬化(或稱(chēng)做表面淬火、表面非晶化、表面重熔粹火)、表面合金化等表面改性處理，產(chǎn)生用其它表面淬火達(dá)不到的表面成分、組織、性能的改變。其基本原理是用高能激光束(能量密度為103-105W/CM2)對(duì)工件表面進(jìn)行掃描，被掃描的部分材料表面急驟升溫到相變溫度，激光束離開(kāi)后，被加熱的部分又很快通過(guò)母體冷卻而形成自淬火，其淬火部分呈超細(xì)化的結(jié)構(gòu)組織，硬度比淬火前提高約2.5倍，并得到0.2~1MM的淬火層深，從而提高工件的耐磨性能3～5倍。

　　激光束能量密度高，加熱及冷卻速度快，淬火處理后硬度極高，仍保持原有尺寸精度和粗糙度，以及激光束的強(qiáng)度、大小易于用電子自動(dòng)控制等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而可用該系統(tǒng)對(duì)汽車(chē)汽缸、活塞環(huán)、輪軸等關(guān)鍵零件進(jìn)行激光淬火處理，以大幅度提高其使用性能，在經(jīng)激光熱處理后，不必再進(jìn)行后處理，可直接送到裝配線上安裝。北京切諾基吉普車(chē)公司就建立了年處理約3萬(wàn)臺(tái)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的二氧化碳激光熱處理生產(chǎn)線。北京內(nèi)燃機(jī)及首都汽車(chē)公司、長(zhǎng)春第一汽車(chē)制造廠等大型企業(yè)都有自己的激光熱處理生產(chǎn)線。美國(guó)的TANI，G.F.BENEDICT等人以及西屋電器公司、尼桑汽車(chē)公司、日立公司等也都申請(qǐng)了齒輪激光熱處理工藝的多項(xiàng)專(zhuān)利。美國(guó)通用汽車(chē)公司率先采用激光熱處理技術(shù)直接硬化缸體內(nèi)壁，取得良好效果，德國(guó)大眾、意大利菲亞特、日本豐田等一系列名車(chē)廠家都相繼將這一技術(shù)引入汽車(chē)生產(chǎn)線，大大提高了發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的耐磨性，同時(shí)改善了缸體與活塞環(huán)的配付性，使活塞環(huán)的磨損同樣減小。

　　汽缸是在高溫和具有腐蝕性的燃?xì)庵羞M(jìn)行工作的，它與活塞保持約196000帕的接觸壓力，并要承受活塞環(huán)10M/S左右的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，容易磨損、竄氣、使發(fā)動(dòng)機(jī)功率不降、油耗增加、壽命縮短�；钊�環(huán)、輪軸等關(guān)鍵件過(guò)去采用鍍硬鉻或噴鉬來(lái)提高硬度。如利用激光束把這些零件的外表面（深度可根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)整、控制）加熱到相變點(diǎn)以上，發(fā)生奧氏體化后，以不出貝化體和珠光體的臨界冷卻速度以上迅速冷卻，便產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)化而硬化。當(dāng)激光停止照射后，通過(guò)熱傳導(dǎo)的自身冷卻而淬火，其表面硬度可超過(guò)HRC60，而獲得滿(mǎn)意的效果。

　　激光切割是利用高能激光束照射在工件表面,使被照射到的區(qū)域局部熔化，汽化或相變，從而達(dá)到切割目的。激光束經(jīng)專(zhuān)用光學(xué)系統(tǒng)聚焦后能量密度極高，能夠燒熔一些硬度很高的材料，如硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石等，可完成常規(guī)機(jī)械加工難以實(shí)現(xiàn)的任務(wù)。激光加工屬非接觸式加工，對(duì)工件本身無(wú)機(jī)械沖擊力，工件不宜變形，熱影響區(qū)小，工件內(nèi)部不易產(chǎn)生殘余熱應(yīng)力，這對(duì)精密零件的切割更具優(yōu)勢(shì)：激光束的能量和軌跡易于實(shí)現(xiàn)精密控制，因而能完成精密復(fù)雜的切割。

　　激光打孔效率很高，僅在千分之一秒左右時(shí)間內(nèi)就能完成一個(gè)孔的加工，并對(duì)打孔周?chē)�的氧化、變形、熱影響區(qū)域很小，不需后處理工序，不僅如此，它還可在工件移動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行打孔，因而易于加工自動(dòng)化；也可以在各種材料的零件上加工各種直徑和深度的孔，如發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴嘴、散熱孔、儀表盤(pán)上的各種孔、液壓制動(dòng)器中的細(xì)長(zhǎng)油孔等，孔徑可以小到0.1-0.13CM。當(dāng)加工“全陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)”中的碳化硅或氮化硅等高硬度（相當(dāng)于鋼玉）、高熔點(diǎn)（2690度）的脆性陶瓷件時(shí)，可采用多次重復(fù)打孔的辦法，使孔的深徑比達(dá)到25以上，這是通常加工方法無(wú)法辦到的。此外，激光打孔過(guò)程為非接觸加工過(guò)程，加工出來(lái)的工件表面清潔（原材料在加工時(shí)已被氣化）、沒(méi)有污染，同時(shí)省去了機(jī)加工過(guò)程中所造成的鉛頭斷裂、磨損、更換等麻煩。激光打孔這一高效率的高新技術(shù)正以巨大的魅力吸引著不少汽車(chē)生產(chǎn)廠家。激光具有良好的單色性、方向性、相干性和聚集性能，非常適合焊接加工，由激光電源控制和泵浦脈沖氙燈，使諧振腔產(chǎn)生一定功率和能量的脈沖激光束，經(jīng)過(guò)擴(kuò)束聚焦等光學(xué)系統(tǒng)照射被焊工件，使其熔融而達(dá)到焊接目的。激光焊接工藝能夠向工件傳輸高于10KW/MM2的能量密度，因此能夠形成深寬比較大的、小孔狀的熔深。激光焊接通過(guò)輻射吸收產(chǎn)生液態(tài)熔池，并使之長(zhǎng)到理想尺寸，然后沿固體界面移動(dòng)熔池，消除被焊機(jī)構(gòu)件間的初始縫隙，形成高質(zhì)量焊縫。依維柯汽車(chē)變速箱就采用了激光焊接齒輪生產(chǎn)線，年產(chǎn)20余萬(wàn)件。

　　采用激光焊接可以給汽車(chē)制造業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，如車(chē)身裝配中的大量點(diǎn)焊，把兩個(gè)焊頭夾在工件邊緣上進(jìn)行焊接，凸緣寬度需要16MM，而激光焊接是單邊焊接，只需要5MM，把點(diǎn)焊改為激光焊，每輛車(chē)就可以節(jié)省鋼材40KG。用傳統(tǒng)點(diǎn)焊焊接兩片0.8MM的鋼板沖壓件，平均是20點(diǎn)/MIN，焊距是25MM，即速度為0.5M/MIN，用激光焊速度可以達(dá)到5M/MIN以上。采用激光焊接技術(shù)，不僅降低成本，還大大提高了生產(chǎn)效率。目前，一套千瓦級(jí)的激光加工機(jī)器人系統(tǒng)只要幾十萬(wàn)美元，新型激光器的安全性和可靠性也得到了保證，其故障停機(jī)率僅2%，防護(hù)措施也極為可靠。激光焊接時(shí)需要工件接觸面緊密吻合，這在工藝上是不容易實(shí)現(xiàn)的，但目前先進(jìn)的夾持方法和適合激光焊接的凸緣設(shè)計(jì)使這一問(wèn)題得到了解決，激光焊接技術(shù)的逐漸成熟使得各大汽車(chē)廠商無(wú)一例外的將激光焊接應(yīng)用到了汽車(chē)生產(chǎn)線上。

　　激光發(fā)散角小，方向性好，因此其測(cè)量精度非常高，通過(guò)精密激光測(cè)量設(shè)備，可以將零部件與模型比較，對(duì)經(jīng)過(guò)修理或修改的零部件與原來(lái)的相比較，或在零部件的設(shè)計(jì)改變后迅速修改刀具或模具。在汽車(chē)零部件生產(chǎn)中，激光測(cè)量可以快速和非常精確地檢測(cè)部件地尺寸與設(shè)計(jì)尺寸完全一致。而且，激光測(cè)量?jī)x器可以快速將一個(gè)零部件或物理模型轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化信息，可以用各種方法處理并同其它文件進(jìn)行比較。激光計(jì)量、檢測(cè)技術(shù)可用于零件的粗糙度測(cè)量、汽缸內(nèi)孔的精密測(cè)量、活塞熱變形測(cè)量以及復(fù)合材料零件、輪胎等的內(nèi)部無(wú)損檢測(cè)。激光在線厚度測(cè)量系統(tǒng)采用了激光位移傳感器,利用電荷耦合器件實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換�？梢詼y(cè)量板材準(zhǔn)確的厚度和寬度值,并實(shí)時(shí)顯示被測(cè)物輪廓曲線。有關(guān)科研院所和南京依維柯汽車(chē)有限公司車(chē)身廠共同承擔(dān)的國(guó)家“863”高科技項(xiàng)目“依維柯車(chē)身三維激光視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)”日前研制成功，這標(biāo)志著我國(guó)第一套用于整車(chē)檢測(cè)的激光三維尺寸自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)已經(jīng)誕生，其性能指標(biāo)已達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平，國(guó)外汽車(chē)行業(yè)將激光視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)用于汽車(chē)車(chē)身的檢測(cè)與控制，可有效提高汽車(chē)車(chē)身的焊接質(zhì)量。在汽車(chē)輪胎生產(chǎn)中，也可使用激光橡膠在線檢測(cè)系統(tǒng)，有效提高工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

　　激光技術(shù)發(fā)展到今天已經(jīng)成為一門(mén)綜合性科學(xué)，激光加工和計(jì)算機(jī)數(shù)控有機(jī)結(jié)合，利用CAD等相關(guān)技術(shù)，進(jìn)行激光快速成型，可以突破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造模式，可以大大改觀汽車(chē)制造業(yè)的面貌，汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)對(duì)市場(chǎng)獲得更大的主動(dòng)權(quán)。新世紀(jì)，汽車(chē)工業(yè)將逐漸成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，面對(duì)廣闊的市場(chǎng)，激光技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用無(wú)疑會(huì)給汽車(chē)工業(yè)帶來(lái)革命性的影響，對(duì)于激光產(chǎn)品提供商來(lái)說(shuō)，同樣是一種難得的機(jī)遇，也必然會(huì)推動(dòng)激光技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

　相關(guān)推薦：

　　高考物理知識(shí)點(diǎn)匯總

最新高考資訊、高考政策、考前準(zhǔn)備、志愿填報(bào)、錄取分?jǐn)?shù)線等

高考時(shí)間線的全部重要節(jié)點(diǎn)

盡在"高考網(wǎng)"微信公眾號(hào)