激光標(biāo)印工藝研究

燕凱+王婷+康靖宇+陳搏

摘 要：激光標(biāo)印是激光加工中的一種，隨著激光加工技術(shù)的成熟越來(lái)越多地被廣泛的應(yīng)用。而目前的機(jī)匣零件沒(méi)有采取激光標(biāo)印的，主要原因就是設(shè)計(jì)人員以及工藝人員對(duì)激光標(biāo)印的不了解，本文從激光標(biāo)印的原理，激光標(biāo)印的效果等方面進(jìn)行分析，闡述了激光標(biāo)印推廣的意義，并且對(duì)激光標(biāo)印的試件與振動(dòng)筆標(biāo)印的試件進(jìn)行對(duì)比，從標(biāo)印形態(tài)，標(biāo)印性能等方面論述了激光標(biāo)印取代振動(dòng)筆標(biāo)印的可能性。

關(guān)鍵詞：高溫合金；激光標(biāo)刻；對(duì)比分析

中圖分類號(hào)：TG665 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

激光打標(biāo)技術(shù)是激光加工最大的應(yīng)用領(lǐng)域之一。激光打標(biāo)是利用高能量密度的激光對(duì)工件進(jìn)行局部照射，使表層材料汽化或發(fā)生顏色變化的化學(xué)反應(yīng)，從而留下永久性標(biāo)記的一種打標(biāo)方法。激光打標(biāo)可以打出各種文字、符號(hào)和圖案等，字符大小可以從毫米到微米量級(jí)，這對(duì)產(chǎn)品的防偽有特殊的意義。準(zhǔn)分子激光打標(biāo)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，特別適用于金屬打標(biāo)，可實(shí)現(xiàn)亞微米打標(biāo)。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)。

1.技術(shù)方案

1.1 技術(shù)方案的制定

以BMF20激光標(biāo)刻機(jī)為載體，設(shè)定實(shí)現(xiàn)本階段激光標(biāo)印工藝研究的具體實(shí)施方案如下：

（1）完成最優(yōu)激光標(biāo)印參數(shù)的選取。

（2）完成激光標(biāo)印試件理化分析，檢測(cè)標(biāo)印深度及標(biāo)印形貌。

（3）完成激光標(biāo)印試件及振動(dòng)標(biāo)印試件高周疲勞試驗(yàn)。

1.2 總體方案的實(shí)施

1.2.1 激光標(biāo)印參數(shù)的選取

選取材料為高溫合金的工藝試片，分別應(yīng)用激光點(diǎn)陣法（HB5936-33）、激光劃印法（HB5936-34）進(jìn)行標(biāo)印試驗(yàn)。

試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)聚焦高度為275mm時(shí)對(duì)零件標(biāo)印最清晰，可通過(guò)增大激光功率以及重復(fù)次數(shù)來(lái)使標(biāo)印更清晰，為保證零件重融層最小盡量一次標(biāo)印完成采用此種標(biāo)印方法在報(bào)廢的零件實(shí)物上進(jìn)行標(biāo)記，發(fā)現(xiàn)與在試片上標(biāo)記略有不同：

（1）由于零件中間有葉型孔，加工第一個(gè)零件時(shí)需要用軟件對(duì)字符間隔進(jìn)行設(shè)計(jì)，加工可用標(biāo)印機(jī)預(yù)顯示功能進(jìn)行定位并調(diào)整。

（2）零件帶有一定弧度，零件表面高度不一致，采用相同功率標(biāo)刻后中間最清晰，兩側(cè)相比有一定差異，因此需要盡量在同一高度上標(biāo)刻，或盡量減少高度差，為調(diào)整標(biāo)印清晰度，將高度調(diào)整為42.5，此時(shí)對(duì)零件的弧度敏感度較小。

（3）標(biāo)印深度不能太小，標(biāo)印深度小于0.01的時(shí)候，采用航空汽油進(jìn)行擦拭時(shí)，標(biāo)印立即會(huì)變不清晰，嚴(yán)重的甚至消失。

最終選取參數(shù)為速度：400mm/s、功率：30%、頻率：20kHz、高度：42.5cm 的激光劃印法。應(yīng)用此種工藝方法及工藝參數(shù)標(biāo)印最清晰，標(biāo)印效果最好。

1.2.2 激光標(biāo)印試件理化分析

將報(bào)廢的零件進(jìn)行切片后，做成標(biāo)準(zhǔn)的試片送理化檢測(cè)中心，應(yīng)用金相顯微鏡檢測(cè)標(biāo)印深度、重熔層厚度、標(biāo)印形態(tài)。檢測(cè)圖片如圖2所示。

從金相顯微鏡圖片可以看出，激光標(biāo)印最深處深度為0.03mm，重熔層深度為0.025mm。標(biāo)印與零件接觸最低點(diǎn)為圓角，標(biāo)印形態(tài)良好。并且符合激光劃刻法的標(biāo)印深度：0.003mm～0.25mm的要求。

應(yīng)用標(biāo)印試片的參數(shù)，在某T型板上進(jìn)行激光標(biāo)印，零件標(biāo)印清晰、規(guī)整，較振動(dòng)筆標(biāo)印零件標(biāo)印質(zhì)量有明顯提高。

因之前標(biāo)印時(shí)發(fā)生因標(biāo)印深度過(guò)淺在進(jìn)行洗滌時(shí)變得模糊，對(duì)激光標(biāo)印能否經(jīng)受住后續(xù)工序的釬焊處理，將激光標(biāo)印后某T型板放入真空釬焊爐中，與正常零件一同進(jìn)行釬焊時(shí)效處理。進(jìn)行釬焊的零件為了方便對(duì)比不同標(biāo)印方式的釬焊試驗(yàn)結(jié)果，在零件上做了多組，多方式標(biāo)記的激光劃刻標(biāo)印。

釬焊時(shí)效處理后發(fā)現(xiàn)激光標(biāo)印仍然清晰，對(duì)比標(biāo)記一遍、標(biāo)記多遍、標(biāo)記兩遍的標(biāo)印效果，發(fā)現(xiàn)一次標(biāo)印完全可以保證零件釬焊后標(biāo)記清晰，符合標(biāo)印清晰且重熔層厚度小的要求，可以證明釬焊時(shí)效對(duì)某T型板激光標(biāo)印無(wú)影響。

2.2.3 激光標(biāo)印試件疲勞分析

對(duì)高溫合金材料作對(duì)比疲勞試驗(yàn)，對(duì)比激光標(biāo)印試件和振動(dòng)標(biāo)印試件在107頻率、358MPa～684 MPa應(yīng)力下疲勞情況。

為對(duì)比激光標(biāo)印和振動(dòng)標(biāo)印對(duì)零件疲勞特性的影響，加工高溫合金材料疲勞試件6件。在試棒中間位置做振動(dòng)劃痕及激光劃痕。將其中3件應(yīng)用激光標(biāo)印法標(biāo)印，另外3件用振動(dòng)筆標(biāo)記法標(biāo)印。

將試件送RUMUL高頻試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行高周疲勞試驗(yàn)。固定最大應(yīng)力，試驗(yàn)不同標(biāo)記方法試件的循環(huán)次數(shù)。在試驗(yàn)過(guò)程中激光標(biāo)印-1試件由于在疲勞試驗(yàn)期間2次調(diào)換試驗(yàn)設(shè)備，因此試1號(hào)試件試驗(yàn)結(jié)果不可信。

從試驗(yàn)結(jié)果（表1）來(lái)看，在相同的應(yīng)力作用下，兩組激光標(biāo)印試件循環(huán)次數(shù)更大，疲勞壽命更長(zhǎng)。

結(jié)語(yǔ)

激光標(biāo)印技術(shù)與傳統(tǒng)工藝的機(jī)械標(biāo)印方式相比較，激光標(biāo)印技術(shù)具有非常低廉的成本和高靈活性，而且激光標(biāo)印可以通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，標(biāo)印深度可控。激光劃印法（HB5936-34），航標(biāo)上規(guī)定標(biāo)印深度為0.003mm～0.25mm，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證只要參數(shù)固定，標(biāo)印深度即唯一，標(biāo)印深度最深不超過(guò)0.03mm，可以滿足薄壁件標(biāo)印要求。

某T型板為薄壁零件，由于其表面為弧面，且均勻分布葉型孔，應(yīng)用振動(dòng)筆標(biāo)印標(biāo)印字跡不清晰，標(biāo)印深度不可控。對(duì)激光標(biāo)印和振動(dòng)標(biāo)印試件進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，激光標(biāo)印試件疲勞壽命更長(zhǎng)。采用激光標(biāo)印，標(biāo)印字跡工整，標(biāo)印深度唯一，同時(shí)標(biāo)印效率也大幅提高。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證及數(shù)據(jù)收集，認(rèn)為激光標(biāo)?。℉B5936-34）完全可以推廣應(yīng)用于某T型板類零件。

參考文獻(xiàn)

[1]趙巍，撒昱.激光標(biāo)刻系統(tǒng)研究綜述[J].天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)學(xué)報(bào)， 2006， 16（1）：22-24.

[2]程勇.激光標(biāo)刻技術(shù)[J].激光雜志，1996（4）：201-204.endprint