激光技術(shù)在金屬材料加工工藝中的應(yīng)用

趙輝

摘要：激光技術(shù)作為上個(gè)世紀(jì)最偉大的科技成就之一，為人類社會(huì)的生產(chǎn)生活做出了巨大的貢獻(xiàn)，而且隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，其應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科研工作、國(guó)防建設(shè)等領(lǐng)域都可以發(fā)現(xiàn)其身影。以金屬材料加工業(yè)為例，激光技術(shù)以其得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，已成為金屬材料加工業(yè)發(fā)展中必不可少的技術(shù)。但由于受限制因素的束縛，激光技術(shù)在金屬材料加工業(yè)中并未實(shí)現(xiàn)全部的價(jià)值作用，其潛能還有待開發(fā)。

關(guān)鍵詞：金屬材料；加工工藝；激光技術(shù)；應(yīng)用分析

激光加工屬于一種新型的先進(jìn)制造技術(shù)，其具備自身的規(guī)律和特色，歷經(jīng)了多年的發(fā)展生成了激光加工理論和多種激光加工工藝參考資料。激光技術(shù)隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展的需求得到了迅猛的發(fā)展。同普通光對(duì)比，激光技術(shù)具有單色性、相干性和方向性以及高光性的特點(diǎn)。同時(shí)，激光加工裝備也與諸多學(xué)科因素而使其具備高科技性和高收益率。從國(guó)內(nèi)外激光使用市場(chǎng)的情況可知，歷經(jīng)多年的開發(fā)與完善，當(dāng)前的激光加工技術(shù)和設(shè)施以及激光器械已經(jīng)相對(duì)成熟，形成了系列的激光加工工藝。

1激光加工技術(shù)應(yīng)用的基本特征

1.1激光加工技術(shù)應(yīng)用的工藝集成性良好

相比于運(yùn)用到金屬材料加工工藝中的其它技術(shù)，激光加工技術(shù)具有很強(qiáng)的工藝集成性特點(diǎn)。主要體現(xiàn)在兩方面：一方面是同一臺(tái)機(jī)床可同時(shí)具備多種加工工藝，比如：切割、焊接、打孔、表面處理等；另一方面，則是同一臺(tái)機(jī)床可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種工藝同步進(jìn)行，甚至也能達(dá)到不同工藝分步進(jìn)行的效果。

1.2激光技術(shù)的加工效率高、質(zhì)量好

相比于普通的加工工藝，利用激光技術(shù)進(jìn)行加工能夠有效的提高加工效率，如，在進(jìn)行金屬材料切割過程中，其速度是普通切割工藝十五倍；如果是利用激光技術(shù)進(jìn)行金屬材料焊接，其速度是普通傳統(tǒng)焊接技術(shù)的二十五倍；如果利用激光技術(shù)進(jìn)行金屬材料打孔，其速度是傳統(tǒng)機(jī)械打孔的四萬多倍。而且在與傳統(tǒng)加工供給相比，激光技術(shù)的加工質(zhì)量更優(yōu)質(zhì)，由于其采取用的非接觸方式進(jìn)行加工，能量密度能夠有效的聚集在一起，從而實(shí)現(xiàn)了加工快、質(zhì)量好的目標(biāo)。

1.3適應(yīng)性較強(qiáng)

激光加工能夠使用于諸如高強(qiáng)度、高濃度、高硬度等多種材料之中。此外，激光加工不僅適宜用于大氣環(huán)境，還適宜用于真空環(huán)境中，這也是激光加工適應(yīng)性較強(qiáng)的特征。

2激光技術(shù)在金屬材料加工工藝中的具體應(yīng)用

2.1激光切割

由前文可知，激光切割技術(shù)主要是利用將激光聚集至加工材料的表面，在加工材料表面生成局部高溫，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)具體部件加工的效果。同時(shí)，利用和激光同方向的壓縮空氣把多余材料吹走，使激光在加工材料表面依照一定的軌跡繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，生成特定形狀的切縫。激光切割技術(shù)是使用最為普遍的一種激光加工技術(shù)，可以應(yīng)用至如有機(jī)玻璃、塑料、合金鋼與碳鋼以及木材等多種材料的加工之中。在計(jì)算機(jī)程序的監(jiān)控下，激光器通過脈沖放電，進(jìn)而形成高密度的能量光斑，將加工材料瞬間氣化或融化。激光切割的切割精密度較高，定位精密度時(shí)可以達(dá)到0.05mm，重復(fù)定位可以精準(zhǔn)到0.02mm，而且切割速度可以達(dá)到70m/min，這就遠(yuǎn)超于普通的線切割速度。

2.2激光焊接技術(shù)

激光焊接的特點(diǎn)有以下幾個(gè)：一是速度快，二是非接觸，三是變形小，比較適合連續(xù)性的金屬材料在線加工。在金屬材料加工工藝中應(yīng)用激光焊接技術(shù)可以提高焊接效率，而且無污染。隨著加工技術(shù)的快速發(fā)展，激光焊接技術(shù)水平也在不斷提高。應(yīng)用激光焊接技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)曲線焊接，提高車身的靈活性，而且可以根據(jù)焊接材料的特殊要求進(jìn)行焊接。激光焊接技術(shù)有以下幾種：一是激光與電弧焊接技術(shù)，二是等離子弧焊接技術(shù)，三是高頻感應(yīng)熱源復(fù)合焊接技術(shù)，四是雙激光束焊接技術(shù)。不同的激光焊接技術(shù)特點(diǎn)不同，技術(shù)人員需要結(jié)合實(shí)際情況選擇激光焊接技術(shù)，保證激光焊接技術(shù)應(yīng)用的合理性。

2.3激光打標(biāo)技術(shù)

激光打標(biāo)技術(shù)應(yīng)用性比較廣，其工作原理是通過高強(qiáng)度，以及高密度的激光束對(duì)加工部件進(jìn)行高溫照射。再通過一連串的作用使得加工配件上永久性地留下激光標(biāo)記。這項(xiàng)技術(shù)在金屬加工范圍內(nèi)運(yùn)用程度相當(dāng)廣。比如說對(duì)機(jī)械軸承的打標(biāo)，或是對(duì)于輪轂的打標(biāo)等等。因?yàn)榧す饧夹g(shù)的發(fā)展，激光打標(biāo)技術(shù)也得到了相應(yīng)的提高。由于激光打標(biāo)的性質(zhì)比較特殊因此被大量引用到產(chǎn)品防偽領(lǐng)域，也得到社會(huì)各界的認(rèn)可。

2.4激光打標(biāo)

激光打標(biāo)技術(shù)，其實(shí)是一項(xiàng)應(yīng)用性很強(qiáng)的激光材料加工技術(shù)，它主要是通過高密度、高能量的激光，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工部件的局部照射，并依靠汽化、液化等化學(xué)反應(yīng)，將相關(guān)標(biāo)識(shí)永久性地留在工部件表面。從當(dāng)前看，金屬制品是激光打標(biāo)技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的行業(yè)領(lǐng)域。以“蘇泊爾”為例，其刀具，電器上所存在的商標(biāo)“SUPOR”就是通過激光打標(biāo)完成的，通過這樣的形式，不僅不會(huì)影響到產(chǎn)品的性能，而且也能讓消費(fèi)者加深對(duì)該品牌的影響。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，一些非金屬制品，如大理石、玻璃、陶瓷等在生產(chǎn)中，也開始廣泛的運(yùn)用激光打標(biāo)技術(shù)，從而在一定程度上實(shí)現(xiàn)了標(biāo)記的打印。更加可貴的是，在金屬材料加工工藝中使用激光技術(shù)，其實(shí)也是一種嶄新的產(chǎn)品防偽手段，并且受到社會(huì)各界越來越廣泛的關(guān)注。

2.5表面處理

激光表面處理技術(shù)在金屬材料加工中的具體體現(xiàn)主要有兩個(gè)方面，一個(gè)是激光表面硬化技術(shù)，另一個(gè)是激光熔覆與合金化。在進(jìn)行表面硬化處理過程中，金屬材料的馬氏體能量會(huì)不斷積聚，提高了金屬材料的抗疲勞強(qiáng)度和耐磨性能。而且激光表面處理技術(shù)不僅不會(huì)降低金屬材料的質(zhì)量損耗還會(huì)提高金屬材料的硬度。例如，在使用同種類型的鋼材進(jìn)行表面處理，如AISI1045，普通技術(shù)進(jìn)行處理后，其硬度僅能達(dá)到HRC35，質(zhì)量損耗卻高出了400mg；但利用激光表面處理技術(shù)進(jìn)行處理后，其硬度達(dá)到了HRC20的水平，而且質(zhì)量損耗僅為100mg，所以激光表面處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)較大，可以廣泛的應(yīng)用到金屬材料加工業(yè)中。

在進(jìn)行激光熔覆與合金化處理時(shí)，是通過技術(shù)熔點(diǎn)提升的手段來提升金屬材料的耐磨性與抗腐蝕性，這樣技術(shù)主要適用于熔點(diǎn)較低的金屬材料。再金屬材料的熔點(diǎn)提升后，材料會(huì)形成一層高熔點(diǎn)合金層，從而改善了金屬材料的性能。

3結(jié)束語

綜上所言，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)的金屬加工技術(shù)與工藝雖然日益完善，但是在激光技術(shù)全面運(yùn)用在金屬加工技術(shù)之中仍然是存在一定的不足與缺陷，因此也是任重道遠(yuǎn)，需要一定的發(fā)展空間與時(shí)間。所以作者在文中介紹激光技術(shù)在金屬材料加工過程中的具體運(yùn)用措施以期待能夠讓有關(guān)人員得到參考與借鑒，同時(shí)提升加工藝，以確保國(guó)內(nèi)金屬材料加工工藝行業(yè)的順利發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[2]蔡騏遠(yuǎn).激光技術(shù)在材料加工中的應(yīng)用研究[J].信息記錄材料.2018（01）.

（作者單位：河北冀凱鑄業(yè)有限公司）