德國SITEC工業技術公司（開姆尼斯，ec-chemnitz.de）成立于1991年，是一家激光加工系統的制造商。從2003年起，它開始為汽車工業大規模的淬火硬化零部件服務。每個系統在一周15班次的運轉中能夠生產標準精度零部件達60,000個。 圖1：激光淬火系統激光淬火的優勢 客戶對加工過程的要求嚴格的：標準的旋轉對稱型工件上幾乎無法接觸到的界面（如圖2所示），即為所要求實現硬化的部分。Klaus-Peter Wolf博士負責該公司的激光加工生產線，他介紹到，“選擇使用激光的原因是必須使這些零件在淬火過程后大小仍保持原樣，因為沒有進行再加工的可能。由于高度準確的定位和周期性的熱監控，我們可以對已完成的零件進行操作。” 圖2：工件的橫截面通常，激光淬火系統根據客戶需求專門定制解決方案，因此必須預先進行大量的試驗以便確定最佳的生產參數。經過使用Nd:YAG激光器進行這些試驗后，我們從技術角度以及經濟上考慮，確定了使用二極管激光器是合理的選擇。投資成本非常低，只需中等的運轉成本，光束波長非常適于表面加工，這些特點是該技術勝出的關鍵。SITEC使用了Rofin-Sinar激光公司（德國，漢堡）1.0kW的二極管激光器，由于它的外型尺寸高度集成，因而能被成功整合到一套最新研制的系統上。 無氧化作用的淬火過程 （如圖3所示的）托盤系統用來承載現有的零件，它們是由專門淬火的鋼材制成的，而且可以在不中斷生產過程的情況下裝卸零件。經過一個圓形轉換臺，零件從托盤上被傳送到一個充滿氮氣的加工環境，在六秒的周期內完成加工。Wolf博士說到，“由于使用充滿氮氣的加工環境，我們成功完成零件的淬火過程而且在過程中不發生氧化作用。”在使用二極管方形光束又不加入柱面透鏡的情況下，為了實現旋轉對稱性零件硬化的均一，整個加工過程中，零件以每分鐘3000 轉的速度被旋轉。 圖3：SITEC托盤系統有力的開發伙伴 該系統的開發是在SITEC公司和工藝和光學技術研究所（IWS-Dresden）的聯合項目中實現的，后者開發了溫度調節的激光性能控制器，使用這一設備可充分保證加工質量。在淬火過程中，淬火溫度和加熱速度由在線檢測裝置進行記錄。 這些數值由功率控制器進行運算處理，這樣，零件表面的溫度可以通過調整激光光束，從而維持不變。在參考范圍外的偏差反映了零件的缺陷，比如殘留之前加工過程的細屑，或者是溫度不對。這些值均被記錄下來，這樣該零件就作為不合格產品被挑出來。除了對過程進行在線檢測，每千個就有一個被挑出，進行金相檢測。 無需備用促使產量增加 客戶在零件的質量和可靠性上的高要求使得公司在項目開始時就設了另一臺激光器作為備用。然而，據Wolf博士介紹，在整個生產中，機器可靠性達到了95%。這意味著，客戶需求量增加的話，去年使用這臺備用激光器就可以建第二個系統了。現在，由于產能的增加，每年可以淬火的零件達6,000,000個。 二極管激光器 高性能二極管激光器是由許多個半導體激光器以光學的形式被組合到一起。一塊激光條形陣列（bar 條），包括了20到25個獨立的條，典型的大小約10mm x 0.6mm x 0.1 mm。激光條形陣列放置在由水循環冷卻的裝置中。目前在工業上所使用的這類激光條形陣列所得到的功率約為50W。通過對激光條形陣列適當的堆棧，由于光束之間的光學重疊作用，每個bar 條的激光功率累積合并到一起。這樣，如果結合了幾個堆棧，在波長790-980nm范圍內就可以得到幾千瓦的功率。 然而，許多單個光束的組合影響了光束質量和聚焦能力。這意味著，工件表面所能達到的功率密度與傳統類型的激光器相比來得低。目前這限制了高性能二極管激光器的應用范圍。不過，它仍具有很多優勢：二極管激光器結構緊湊，它們容易被集成到現有的系統中，典型的二極管壽命期限可達到10,000小時，它們的效率水平高達25%。 Sonja Muller 產業工程碩士，服務于Rofin-Sinar Laser GmbH（www.rofin.com；s.mueller@rofin-ham.de）。 原載《工業激光解決方案》