激光技術的工業應用與發展前景

摘 要：文章重點對激光在工業中所采用的技術與工業的發展前景進行闡述，重點描述激光工業加工中的常規方法及處理性能，采用的主要有激光焊接、激光削切加工、激光打標、激光表面處理等技術。

關鍵詞：發展前景；工業應用；激光技術

1 激光在工業中的主要應用

激光具有高密度、高方向性、高相干性和高能量，在工業中應用最為重要的是極高的能量密度。激光單色性好并發散角小，可以聚集出微米大小的小斑點，加上自身的高強度特點，可以讓激光聚集點的溫度達到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，甚至可能蒸發掉。理論上激光是可以加工各種固體材料的。經過我國科技人員不斷的對激光技術進行研發，激光的使用性能也越來越廣泛，主要運用在激光焊接、工業打標、削切加工、表面處理等方面上。

1.1 工業激光的焊接

工業上的激光焊接技術是目前激光工業中的第三大領域，在當今社會中已有大幅度的增長和廣泛的應用。特別是在制造業的汽車產業上，車身的部件大部分采用了激光的焊接技術，已取代我國傳統的電阻電焊技術。激光焊接技術在國內外都有廣泛的應用。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。通過幾個案例可以表明激光焊接技術在汽車車身的制造上是非常可取的。激光技術不斷隨著社會改革發展而增加擴大范圍，激光在工業上的用途也有了大幅度的提升[1]。

在電子工業中對激光焊接技術需求也是必不可少的。主要應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用了，華中理工大學所研發出來的激光焊接電子槍設備。另外，激光的焊接在續電器、電路引線、計算機配件中獲得較大成功。

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

在英國CMB公司罐頭盒生產線中，以充分的應用了超薄板焊接技術。對罐頭盒進行焊接，罐頭盒的每條縫長為120mm，采用激光焊接技術可以每秒焊接10條，焊接過程中還可對焊接狀況進行實時的檢測。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度特點來對工件材料進行逐層的氣化和融化，采用速度v來進行此項工作，在工作中激光束采用的強度決定了所切削的厚度。對工件的表面進行加工，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。為了讓表面質量提高，我們應當采用精加工，這樣可以實現微米級的加工表面精度，在對待粗加工時可用到100mm3/min進行削切工作。

在淬硬鋼復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的網紋，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，采用的技術應當為三維切割法，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

在表面處理中應當注意變形、形狀不足等現象。在激光進行表面處理時，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。由于現代社會中部件的要求不斷提高，復雜度不斷增強，在普通技術上難以得到實現，而在該領域中激光處理成為焦點，近年來由于激光技術給企業帶來的效率，讓人們更加意使用激光處理法，這點在我國已成為研究最活躍的其中一個領域。

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

1.4 工業激光打標

在激光特點中，激光打標是在工業應用中的第二大領域。激光打標不僅能夠速度快的書寫，而且還能夠保證標記持久，字體清晰易讀，不會因為摩擦而導致字體模糊甚至消失。激光打標已在集成電路塊、電子元器件及半導體芯片上廣泛的應用。

在所有的材料當中，激光幾乎全能進行打標。比如在游標卡尺的刻度尺寸標記上，激光打標能夠很好的完成，而且完成效果與效率更加高于傳統中的生產效率。能夠在刃具、軸承等金屬制品上進行打標，采用的激光打標、在工作中方便快捷且標記清晰，完成的工件質量高工業生產效益高。在激光打標的過程中幾乎不會影響到該物體的性能與結構，例如在紅寶石和堅硬晶體上進行激光打印標記，標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，激光打標還，幫助我國做好法律防偽行為，通過激光打印標記來識辨物件正規性。

2 激光應用技術的前景

激光是一種成本低、加工質量穩定可靠、生產效率高同時又屬清潔的綠色能源，在社會經濟體系中，能夠更好的實現社會經濟效益。在世界各發達國家中，都在大力的支持推廣激光加工技術。激光產業所帶來的營業額度非常高，據統計在1998年全球營業額中就已經達到647億美元，而在我國激光產業只有1億美元。而如今隨著我國大批量的制造業企業的誕生，對建設中生產的質量、高效、要求很高。因此我國應當提高利用激光技術，來降低企業生產過程中的成本，提高我國企業的經濟效益，提升我國在國際中的地位。

參考文獻

[1]范鎮元.中國激光技術發展的匯報與展望[J].科學中國人.2011（3）：33-35.

[2]李力鈞.現代激光加工及其裝備[J].北京理工大學出版社.2009.

[3]張開明，張家明.新材料“FGM”在金礦山設備中的應用[J].礦山機械.2010（8）：55-56.

作者簡介：熊尚武，男，湖北工程學院10級光信息科學與技術專業學生