淺析金屬材料加工工藝中激光技術(shù)的應(yīng)用

任逸凡 史明輝

摘要：激光技術(shù)具有集成性能優(yōu)、加工效率高、成本支出低等優(yōu)勢(shì)，其在不斷發(fā)展進(jìn)程中已成為部分領(lǐng)域中必不可少的技術(shù)要素。目前，激光切割、激光焊接等激光技術(shù)已在不同程度層面上應(yīng)用于金屬材料加工工藝中。為了能夠有效的增強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用效果，需要優(yōu)化激光技術(shù)中設(shè)定的參數(shù)量值，構(gòu)建最佳的金屬加工工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，從而在一定程度上實(shí)現(xiàn)激光工藝的自動(dòng)化應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：金屬材料;加工工藝;激光技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，金屬材料加工工藝中激光技術(shù)的應(yīng)用包含不同的表現(xiàn)模式，如激光焊接，激光切割等，該激光技術(shù)均能夠在一定程度上輔助相應(yīng)的金屬材料加工工藝有效實(shí)施，使得整個(gè)加工工藝的流程及質(zhì)量得到大幅度增強(qiáng)，為后續(xù)的研究提供借鑒。

1金屬材料加工工藝中激光技術(shù)的應(yīng)用原理

對(duì)于激光技術(shù)而言，其實(shí)際上屬于光線類型中的一種特殊表現(xiàn)模式，與日常情況下的普通光相比，其具有單色性、相干性及平行性等特征。在相應(yīng)的設(shè)置條件下，激光能夠在實(shí)際應(yīng)用區(qū)域范疇內(nèi)構(gòu)建符合標(biāo)準(zhǔn)的管控模式，對(duì)整個(gè)加工工藝進(jìn)行合理的管理。在此過(guò)程中通過(guò)使用相關(guān)設(shè)施實(shí)現(xiàn)激光技術(shù)的聚焦功能[1]。

當(dāng)光線匯集于一點(diǎn)位置處，將會(huì)產(chǎn)生一定的溫度，其與激光的實(shí)際原理一致，但由于激光自身具有特殊性質(zhì)，其產(chǎn)生的溫度是普通溫度的數(shù)十倍甚至數(shù)百倍。因此將聚焦后的激光照射至金屬加工工藝產(chǎn)品上，產(chǎn)品表面將直接加熱，由于外界環(huán)境中溫度和應(yīng)力的干擾，使得金屬加工工件表面處于軟化模式下，甚至較為嚴(yán)重的還會(huì)出現(xiàn)破裂的現(xiàn)象[2]。在整個(gè)工件切割過(guò)程中，需要依據(jù)工件的不同厚度程度、耐熱性等有效的控制激光聚焦的整體強(qiáng)度，在操作過(guò)程中按照一定的速度移動(dòng)激光以完成切割。

2 金屬材料加工工藝中激光技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 激光切割

激光切割不僅是一項(xiàng)核心的激光加工工藝技術(shù)，而且還是金屬材料加工領(lǐng)域范疇內(nèi)必不可少的關(guān)鍵技術(shù)。福特、豐田等汽車企業(yè)均已在汽車裝配線上，較為廣泛地使用激光切割技術(shù)。與傳統(tǒng)模式下的切割技術(shù)相比，激光切割能夠在最小的基礎(chǔ)面板層面上，加工出不同規(guī)格、不同精度的零部件，消除了金屬模具的局限性，獲得優(yōu)良的加工成果。

激光切割技術(shù)廣泛的應(yīng)用于切割不同模式下的不銹鋼設(shè)備部件中，對(duì)于加工數(shù)量、加工質(zhì)量等不同情況，均展示出其優(yōu)質(zhì)性能的特點(diǎn)。目前，激光切割技術(shù)已逐漸應(yīng)用于機(jī)械制造行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，并成為該行業(yè)發(fā)展的核心支撐力。在此過(guò)程中輸出功率為2kW的CO2激光設(shè)備裝置是常規(guī)模式下的切割工具，其能夠切割的不銹鋼最大厚度為8mm，普通碳鋼的最大厚度為12mm。

2.2 激光焊接

目前，激光焊接技術(shù)能夠滿足汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中70%零部件的基本焊接要求。與傳統(tǒng)模式下的焊接技術(shù)相比，激光焊接不僅能夠在一定程度上有效的增強(qiáng)提高零部件的應(yīng)用周期長(zhǎng)度，而且還能夠減少零部件的使用成本，充分的展現(xiàn)出其獨(dú)特的實(shí)用價(jià)值。

對(duì)于激光焊接過(guò)程中的組合部件而言，其主要是將隨意分散的扁平部件焊接成一個(gè)主體并將其壓制成形。通過(guò)焊接組合部件，不僅能夠根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況降低工件的使用總數(shù)量，而且還能夠在一定程度上有效的提升組合部件的基本性能，降低整個(gè)車身的重量，從而優(yōu)化了汽車整體核心性能。以雅閣汽車為例，其車門主要是由1.4mm鋼板和0.7mm薄板通過(guò)焊接和沖壓制成，能夠使車門的總重量減少40%。

2.3 激光鉆孔

激光鉆孔是一種傳統(tǒng)且實(shí)用的金屬材料加工工藝技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，部件的空徑長(zhǎng)度越來(lái)越小，但性能呈大幅度提升。實(shí)際上，若在飛機(jī)機(jī)翼上打一個(gè)半徑為0.032mm的50000個(gè)孔，由于降低了氣流阻力，可以節(jié)省40%的燃油量。

早在1960年代初期階段，我國(guó)就已將該項(xiàng)激光鉆孔技術(shù)應(yīng)用于鐘表制造行業(yè)領(lǐng)域范疇內(nèi)。目前，其累計(jì)產(chǎn)值已超過(guò)23億元。但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比較而言，我國(guó)具有較大的進(jìn)步空間。如今，激光鉆孔技術(shù)已廣泛應(yīng)用于藥品制造、食品加工生產(chǎn)、飛機(jī)制造等相關(guān)行業(yè)，為各個(gè)行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了巨大的物質(zhì)和精神財(cái)富。

3 金屬材料加工工藝中激光技術(shù)的應(yīng)用前景

基于金屬材料加工工藝中激光技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用而言，根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果認(rèn)為其可以通過(guò)以下兩個(gè)層面的內(nèi)容，努力來(lái)增強(qiáng)激光技術(shù)的應(yīng)用范圍和強(qiáng)度。

第一，優(yōu)化激光加工工藝的部件量值參數(shù)，構(gòu)建科學(xué)合理的加工工藝部件數(shù)據(jù)庫(kù)。無(wú)論是激光照射的周期長(zhǎng)度，還是激光照射強(qiáng)度、區(qū)域范圍等，均能夠通過(guò)人為干預(yù)的模式進(jìn)行相應(yīng)的管理和控制?；谏鲜龅南嚓P(guān)理論研究，激光加工工藝具有較為顯著的多樣化特征。因此，為了充分發(fā)揮金屬材料加工工藝中激光技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，能夠在一定程度上依據(jù)根據(jù)不同的加工形式和對(duì)象建立科學(xué)合理的參數(shù)設(shè)置理論，為激光加工工藝技術(shù)提供可靠的衡量標(biāo)準(zhǔn)。

大力拓展激光多位置分時(shí)集成加工。激光光源能夠獨(dú)立控制激光照射周期長(zhǎng)度和能量密度。在這種情況下，不同工位的分時(shí)能夠依據(jù)既定的條件實(shí)現(xiàn)多種綜合模式的基本處理方式，在同一機(jī)械設(shè)備上完成激光切割、激光焊接等激光技術(shù)，從而達(dá)到綜合處理的顯著成果。由于可以顯著的看出，激光多位置分時(shí)集成處理技術(shù)是激光加工工藝技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

結(jié)束語(yǔ)

基于上述的詳細(xì)分析和研究，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，在金屬材料加工工藝中強(qiáng)化激光技術(shù)的的應(yīng)用是一項(xiàng)重要的工程。為了鞏固金屬材料加工工藝的發(fā)展基礎(chǔ)，提高金屬加工工藝中激光技術(shù)應(yīng)用的實(shí)效性，需要時(shí)刻注意以下幾點(diǎn)問(wèn)題：首先，應(yīng)清楚認(rèn)識(shí)到提升激光技術(shù)在金屬材料工藝應(yīng)用的必要性。其次，應(yīng)全面分析激光技術(shù)在金屬材料加工技術(shù)中的基本應(yīng)用現(xiàn)狀、目前存在的問(wèn)題及針對(duì)相應(yīng)問(wèn)題的應(yīng)對(duì)策略。最后，在金屬材料加工工藝中應(yīng)科學(xué)的掌握激光技術(shù)的應(yīng)用路徑。只有這樣，才能在未來(lái)的發(fā)展進(jìn)程中實(shí)現(xiàn)金屬材料加工的持續(xù)高效發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] ?徐章地. 金屬材料加工工藝中激光技術(shù)應(yīng)用分析[J]. 科學(xué)與財(cái)富，2017，12（21）：153-153.

[2] ?田晗. 激光技術(shù)在金屬材料加工工藝中的應(yīng)用[J]. 技術(shù)與市場(chǎng)，2016，5（11）：103-103.

（作者單位：南京郵電大學(xué)）