激光技术在金属材料加工工艺中的应用

激光技术在金属材料加工工艺中的应用

赵军峰

天津长荣科技集团股份有限公司天津市300400

摘要：激光技术在金属材料加工工艺中的科学运用是一项极其系统的工程。为了不断增强其工程的时效性，必须要加强该技术的应用研究。不仅要对激光技术在该领域的应用现状进行全面分析，还要积极探究该技术的应用路径，只有这样才能够将该技术的功效充分发挥出来，并进一步拓宽其应用前景，才有助于推动金属材料加工事业的快速、健康发展。本文对激光技术在金属材料加工工艺中的应用进行分析。

关键词：激光技术；金属材料；加工工艺；应用

在社会快速发展带动下，激光技术的应用、推广范围也在逐步拓展，并逐渐向工业、科研等诸多领域进行渗透，并在很多行业都拥有着较高的应用发展优势，尤其是金属材料加工中的应用，逐渐成为了该行业不可或缺的发展因素。但就目前来看，该技术虽然在很多领域都得到了广泛推广，但由于种种因素的制约，该技术在材料加工领域的应用价值还未得到充分发挥，还有待进一步挖掘。

1激光加工技术的基本概念

激光，实际上就是一种特殊的光，并且还具有单色性、相干性的特点。而所谓的激光加工技术，就是将激光聚焦到某一具体材料的表面，进而在被加工部件表面形成局部的高温，最终达到对零部件加工的目的。运用到金属材料加工工艺中的激光加工技术有很多，比如:激光切割、激光焊接等。总之，由于激光技术具有加工效率高，精度高的优点，因此也在一定程度上有效推进了我国工业制造行业的长远发展。

2激光技术的应用优势

2.1效率高

激光切割是应用最为广泛的激光技术，应用于多个领域中。在汽车制造业中，主要应用激光技术切割钣金零件，不仅可以优化汽车零部件结构，还可以提高汽车的基本性能，在一定程度上降低了汽车的油耗。在航天工业中，主要应用激光技术切割铝合金。激光技术的广泛应用在一定程度上推动了工业和制造业的发展。随着激光束质量的快速提高，激光技术也广泛应用于金属材料加工中。激光技术可以切割以下性能的金属材料：一是高硬度，二是高脆性，三是高熔点，这也是传统切割技术所做不到的。激光技术在应用的过程中不会对环境造成污染，而且切割的效率非常高，可以在短时间内完成切割任务，适应性也非常强。

2.2加工精度高

对高强钢的加工来说，3D激光切割技术是最常用也是最经济的加工方法。激光切割技术使材料只会在局部形成较高的温度，避免了材料因大面积受热导致性能出现破坏的现象。与电阻焊接相比激光焊接可以有效降低焊缝的宽度，提高了焊接质量。激光焊接技术将非常细小的高强度激光照射到工件表面，使工件在局部高温融化，达到焊接的目的。与传统的焊接方式相比，激光焊接具有很强的方向性和针对性，并且在实施过程中不会有污染气体的出现，有效地保护了工作人员。

3激光技术在金属材料加工工艺中的应用

3.1激光切割技术

激光技术使用光斑直接聚焦在金属材料上，并熔化金属材料，同时使用激光束气体把融化掉的金属材料吹走，保证激光束可以沿着设定好的轨迹切割，形成整齐的缝隙。激光切割技术是应用最广泛的激光技术，激光切割材料包括以下几类：一是有机玻璃，二是木板，三是塑料，四是不锈钢，五是碳钢，六是合金钢，七是铝板。在应用激光技术的过程中并不需要使用刀具，激光技术完全在计算机的操控下，可以实现任意形状的切割。激光切割实际上就是应用高功率密度来实现切割任务。在计算机的操控下，激光器通过脉冲放电，并输出激光，产生一定的频率和光束，光束又通过传到聚焦在被切割的金属材料上，进而形成多个光斑。相比于传统的切割技术，激光切割技术具有以下特点：一是切割质量高，二是切割速度快，三是柔性高，四是适应性强。激光切割技术的精准度非常高，精准度控制在0.05mm，速度可以达到每秒切割10米，而且不会受到金属材料硬度的影响。

3.2激光焊接

根据焊接对象的不同激光焊接分为深熔焊接和传导焊接，它们主要用于机械制造和电子电气行业的焊接工作。激光焊接技术在汽车制造领域得到了大规模的应用，为整个行业的发展提供了有力的支撑。激光焊接技术可以满足汽车传动系统中70%的零部件的焊接需求，与其他传统的焊接方式相比，激光焊接的工作成本低廉，焊接效果较好。激光焊接还可应用于组合件的焊接工作中。通过组合件的焊接，不仅提高了零部件的性能，还可以降低汽车的重量，优化汽车的整体性能。此外激光焊接还广泛应用于刀具、刃具等器材的制造中。

3.3激光打孔

激光打孔是一项传统的、实用的激光材料加工技术。与其它技术相比，激光打孔具有精度高、效率高、效益高等优势，成为当前制造行业不可或缺的技术元素。从20世纪末，激光打孔技术的发展速度明显加快，多元化倾向明显加强。而且，随着技术的不断完善，孔径越来越小，而性能却越来越高。粗略地计算，如果我们在飞机机翼上打上5万个半径为0.032mm的小孔，就可以因为气流阻力的减小而节省40%的油量。在我国，激光打孔技术也有着相对较长的发展历史。早在20世纪60年代，我国就将该技术应用于钟表制造行业，目前其累计产值已超过23亿元人民币。然而，与发达国家相比，我国还存在着一定的差距。现如今，发达国家已将激光打孔技术广泛应用于医药制造、食品加工、飞机制造等行业领域，为其带来了巨大的物质和精神财富。

3.4激光表面热处理

激光表面热处理主要表现在两个方面：一是激光表面硬化。在激光表面硬化的作用下，马氏体的量会不断增加，进而导致零部件疲劳强度和耐磨性能的不断提高。同样是AISIl045型钢，在未经处理以前，钢的硬度仅为HRC35，而质量损耗却高达418mg。而在同等条件下，激光表面硬化会增加HRC20的硬度,同时降低304mg的损耗。可见，激光表面硬化会极大地提高物件硬度，降低物件质量损耗。现如今，激光表面硬化已不同程度地应用于汽车锭杆、凸轮轴、曲轴、缸套等物件的制造。从实际效果看，它不仅提高了物件的使用寿命，而且降低了物件的制造成本。二是激光熔覆与合金化。激光熔覆与合金化是以提升熔点的方式来增强加工材料的抗蚀性和耐磨性。该处理主要应用于熔点较低的材料。通过处理，使材料生成高熔点合金层，进而实现提升材料性能的目的。尽管激光熔覆与合金化有所区别，如涂层化学成分的变化趋向，但两者相辅相成，都是现实中不可或缺激光表面热处理方式。当前，激光熔覆与合金化主要应用于气门、阀门、齿轮齿面、铸铁模具等工件制造，为工件质量提供了着实的保障。

结束语：

随着机械制造行业市场竞争不断加剧，相关机械制造行业在金属材料的加工过程中所使用的技术，不仅成为了行业竞争的有力武器，同时也成为了衡量国家科技发展水平的重要标志，由此可见，有效的运用激光加工技术则显得尤为迫切和必要。实际上，从当前我国一些机械制造行业的发展情况可知，其中还存在诸多的问题，因此，只有不断研究激光技术的运用，才可能缩小与发达国家之间的差距,进而促使我国的金属材料加工工艺水平得到有效的提升。

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