激光技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用與發(fā)展前景

摘 要：文章重點(diǎn)對激光在工業(yè)中所采用的技術(shù)與工業(yè)的發(fā)展前景進(jìn)行闡述，重點(diǎn)描述激光工業(yè)加工中的常規(guī)方法及處理性能，采用的主要有激光焊接、激光削切加工、激光打標(biāo)、激光表面處理等技術(shù)。

關(guān)鍵詞：發(fā)展前景；工業(yè)應(yīng)用；激光技術(shù)

1 激光在工業(yè)中的主要應(yīng)用

激光具有高密度、高方向性、高相干性和高能量，在工業(yè)中應(yīng)用最為重要的是極高的能量密度。激光單色性好并發(fā)散角小，可以聚集出微米大小的小斑點(diǎn)，加上自身的高強(qiáng)度特點(diǎn)，可以讓激光聚集點(diǎn)的溫度達(dá)到10000攝氏度以上。這樣高的溫度幾乎可以使任何的固體材料瞬間便融化，甚至可能蒸發(fā)掉。理論上激光是可以加工各種固體材料的。經(jīng)過我國科技人員不斷的對激光技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，激光的使用性能也越來越廣泛，主要運(yùn)用在激光焊接、工業(yè)打標(biāo)、削切加工、表面處理等方面上。

1.1 工業(yè)激光的焊接

工業(yè)上的激光焊接技術(shù)是目前激光工業(yè)中的第三大領(lǐng)域，在當(dāng)今社會中已有大幅度的增長和廣泛的應(yīng)用。特別是在制造業(yè)的汽車產(chǎn)業(yè)上，車身的部件大部分采用了激光的焊接技術(shù)，已取代我國傳統(tǒng)的電阻電焊技術(shù)。激光焊接技術(shù)在國內(nèi)外都有廣泛的應(yīng)用。例如日本本田汽車車門框和各種材料上的激光焊接。美國的福特汽車的中央門柱焊接技術(shù)。通過幾個案例可以表明激光焊接技術(shù)在汽車車身的制造上是非?？扇〉?。激光技術(shù)不斷隨著社會改革發(fā)展而增加擴(kuò)大范圍，激光在工業(yè)上的用途也有了大幅度的提升[1]。

在電子工業(yè)中對激光焊接技術(shù)需求也是必不可少的。主要應(yīng)用在顯像管的電子槍，且在這方面上獲得不錯成績，在日本的東芝公司中已成功的將焊接顯像電子槍裝配到線上。我國有幾個廠家也應(yīng)用了，華中理工大學(xué)所研發(fā)出來的激光焊接電子槍設(shè)備。另外，激光的焊接在續(xù)電器、電路引線、計(jì)算機(jī)配件中獲得較大成功。

在對光纖傳輸中已十分的普及，在對激光束進(jìn)行多點(diǎn)的組件焊接技術(shù)。在給固體物件加工時，需要將激光器遠(yuǎn)離裝配區(qū)，并進(jìn)行裝置技工采用激光能量來對固體物件來進(jìn)行加工，加工部件所需的位置，從最大的限度上去利用YAG來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的焊接效果，利用光纖傳輸能量和YAG激光器來對固體材料進(jìn)行遠(yuǎn)距離的焊接，這樣可以很好的發(fā)展YAG激光焊接，同時大大提高現(xiàn)代設(shè)備的生產(chǎn)功率。

在英國CMB公司罐頭盒生產(chǎn)線中，以充分的應(yīng)用了超薄板焊接技術(shù)。對罐頭盒進(jìn)行焊接，罐頭盒的每條縫長為120mm，采用激光焊接技術(shù)可以每秒焊接10條，焊接過程中還可對焊接狀況進(jìn)行實(shí)時的檢測。焊接厚度的不斷增加，歸功于大功率激光器的研成功。在焊接厚度為18mm的工件中，可以用到10kW的激活來進(jìn)行單道的焊接，在增加為30mm厚度的工件時，更可用25kW的激光來進(jìn)行焊接。

1.2 工件中激光削切的加工

圖1 激光切削加工原理圖

如圖1中所給出的激光切削的加工原理圖。在通過激光的聚集光束后來對工件垂直的削切，用激光束所具備的高強(qiáng)度特點(diǎn)來對工件材料進(jìn)行逐層的氣化和融化，采用速度v來進(jìn)行此項(xiàng)工作，在工作中激光束采用的強(qiáng)度決定了所切削的厚度。對工件的表面進(jìn)行加工，需要將激光束橫向移動方能完成表面打磨處理。在激光加工中可分為粗切削加工和精度高的切削加工。為了讓表面質(zhì)量提高，我們應(yīng)當(dāng)采用精加工，這樣可以實(shí)現(xiàn)微米級的加工表面精度，在對待粗加工時可用到100mm3/min進(jìn)行削切工作。

在淬硬鋼復(fù)雜模具表面中可采用激光切削的方式，這種方式主要是為了讓模具表面形成精細(xì)的網(wǎng)紋，大部分是用于裝潢裝飾和塑料零件上面。

在切割速度能達(dá)到10m/min時，視為激光中的二維切割，目前已取代了沖壓式方法。在切割小車部件時，采用的技術(shù)應(yīng)當(dāng)為三維切割法，這種加工的手法是其他方法所無法完全取代的。

1.3 表面的激光處理

在表面處理中應(yīng)當(dāng)注意變形、形狀不足等現(xiàn)象。在激光進(jìn)行表面處理時，因處理速度很快，所以能夠保證變形小、形狀良好，在處理后的部件中可提高其耐磨性與抗腐蝕性等。由于現(xiàn)代社會中部件的要求不斷提高，復(fù)雜度不斷增強(qiáng)，在普通技術(shù)上難以得到實(shí)現(xiàn)，而在該領(lǐng)域中激光處理成為焦點(diǎn)，近年來由于激光技術(shù)給企業(yè)帶來的效率，讓人們更加意使用激光處理法，這點(diǎn)在我國已成為研究最活躍的其中一個領(lǐng)域。

在激光表面微精細(xì)處理結(jié)構(gòu)上，激光相變硬化的方法已在應(yīng)用中最為廣泛。其新進(jìn)展應(yīng)屬激光表面微精處理或表面組織結(jié)構(gòu)處理[2]。是用激光中高能量密度用很細(xì)的激光束來對工件表面進(jìn)行掃描，利用了快速冷卻，快速高溫加熱的激光束特點(diǎn)，來產(chǎn)生馬氏體原理，形成特殊微凸體圖案，從而能夠達(dá)到更高的耐磨性，制作的圖案可以使用微機(jī)來控制。在改變工藝圖案上，可根據(jù)不同的要求來選擇圖案。該項(xiàng)工藝以充分用于凸輪挺桿和機(jī)床導(dǎo)軌、發(fā)動機(jī)缸體等上面，使其能夠增加耐用性同時提高部件的壽命。

1.4 工業(yè)激光打標(biāo)

在激光特點(diǎn)中，激光打標(biāo)是在工業(yè)應(yīng)用中的第二大領(lǐng)域。激光打標(biāo)不僅能夠速度快的書寫，而且還能夠保證標(biāo)記持久，字體清晰易讀，不會因?yàn)槟Σ炼鴮?dǎo)致字體模糊甚至消失。激光打標(biāo)已在集成電路塊、電子元器件及半導(dǎo)體芯片上廣泛的應(yīng)用。

在所有的材料當(dāng)中，激光幾乎全能進(jìn)行打標(biāo)。比如在游標(biāo)卡尺的刻度尺寸標(biāo)記上，激光打標(biāo)能夠很好的完成，而且完成效果與效率更加高于傳統(tǒng)中的生產(chǎn)效率。能夠在刃具、軸承等金屬制品上進(jìn)行打標(biāo)，采用的激光打標(biāo)、在工作中方便快捷且標(biāo)記清晰，完成的工件質(zhì)量高工業(yè)生產(chǎn)效益高。在激光打標(biāo)的過程中幾乎不會影響到該物體的性能與結(jié)構(gòu)，例如在紅寶石和堅(jiān)硬晶體上進(jìn)行激光打印標(biāo)記，標(biāo)記完成后沒有任何影響。在其他的各個物件中也是同樣效果，激光打標(biāo)還，幫助我國做好法律防偽行為，通過激光打印標(biāo)記來識辨物件正規(guī)性。

2 激光應(yīng)用技術(shù)的前景

激光是一種成本低、加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠、生產(chǎn)效率高同時又屬清潔的綠色能源，在社會經(jīng)濟(jì)體系中，能夠更好的實(shí)現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)效益。在世界各發(fā)達(dá)國家中，都在大力的支持推廣激光加工技術(shù)。激光產(chǎn)業(yè)所帶來的營業(yè)額度非常高，據(jù)統(tǒng)計(jì)在1998年全球營業(yè)額中就已經(jīng)達(dá)到647億美元，而在我國激光產(chǎn)業(yè)只有1億美元。而如今隨著我國大批量的制造業(yè)企業(yè)的誕生，對建設(shè)中生產(chǎn)的質(zhì)量、高效、要求很高。因此我國應(yīng)當(dāng)提高利用激光技術(shù)，來降低企業(yè)生產(chǎn)過程中的成本，提高我國企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，提升我國在國際中的地位。

參考文獻(xiàn)

[1]范鎮(zhèn)元.中國激光技術(shù)發(fā)展的匯報(bào)與展望[J].科學(xué)中國人.2011（3）：33-35.

[2]李力鈞.現(xiàn)代激光加工及其裝備[J].北京理工大學(xué)出版社.2009.

[3]張開明，張家明.新材料“FGM”在金礦山設(shè)備中的應(yīng)用[J].礦山機(jī)械.2010（8）：55-56.

作者簡介：熊尚武，男，湖北工程學(xué)院10級光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生