激光技術在金屬材料加工工藝中的應用

趙輝

摘要：激光技術作為上個世紀最偉大的科技成就之一，為人類社會的生產生活做出了巨大的貢獻，而且隨著科學技術的進步，其應用范圍逐漸擴大，在工業、農業、科研工作、國防建設等領域都可以發現其身影。以金屬材料加工業為例，激光技術以其得天獨厚的優勢，已成為金屬材料加工業發展中必不可少的技術。但由于受限制因素的束縛，激光技術在金屬材料加工業中并未實現全部的價值作用，其潛能還有待開發。

關鍵詞：金屬材料；加工工藝；激光技術；應用分析

激光加工屬于一種新型的先進制造技術，其具備自身的規律和特色，歷經了多年的發展生成了激光加工理論和多種激光加工工藝參考資料。激光技術隨著社會科學技術和經濟的發展的需求得到了迅猛的發展。同普通光對比，激光技術具有單色性、相干性和方向性以及高光性的特點。同時，激光加工裝備也與諸多學科因素而使其具備高科技性和高收益率。從國內外激光使用市場的情況可知，歷經多年的開發與完善，當前的激光加工技術和設施以及激光器械已經相對成熟，形成了系列的激光加工工藝。

1激光加工技術應用的基本特征

1.1激光加工技術應用的工藝集成性良好

相比于運用到金屬材料加工工藝中的其它技術，激光加工技術具有很強的工藝集成性特點。主要體現在兩方面：一方面是同一臺機床可同時具備多種加工工藝，比如：切割、焊接、打孔、表面處理等；另一方面，則是同一臺機床可同時實現多種工藝同步進行，甚至也能達到不同工藝分步進行的效果。

1.2激光技術的加工效率高、質量好

相比于普通的加工工藝，利用激光技術進行加工能夠有效的提高加工效率，如，在進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進行金屬材料焊接，其速度是普通傳統焊接技術的二十五倍；如果利用激光技術進行金屬材料打孔，其速度是傳統機械打孔的四萬多倍。而且在與傳統加工供給相比，激光技術的加工質量更優質，由于其采取用的非接觸方式進行加工，能量密度能夠有效的聚集在一起，從而實現了加工快、質量好的目標。

1.3適應性較強

激光加工能夠使用于諸如高強度、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境，還適宜用于真空環境中，這也是激光加工適應性較強的特征。

2激光技術在金屬材料加工工藝中的具體應用

2.1激光切割

由前文可知，激光切割技術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，最終實現對具體部件加工的效果。同時，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運動，生成特定形狀的切縫。激光切割技術是使用最為普遍的一種激光加工技術，可以應用至如有機玻璃、塑料、合金鋼與碳鋼以及木材等多種材料的加工之中。在計算機程序的監控下，激光器通過脈沖放電，進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，定位精密度時可以達到0.05mm，重復定位可以精準到0.02mm，而且切割速度可以達到70m/min，這就遠超于普通的線切割速度。

2.2激光焊接技術

激光焊接的特點有以下幾個：一是速度快，二是非接觸，三是變形小，比較適合連續性的金屬材料在線加工。在金屬材料加工工藝中應用激光焊接技術可以提高焊接效率，而且無污染。隨著加工技術的快速發展，激光焊接技術水平也在不斷提高。應用激光焊接技術可以實現曲線焊接，提高車身的靈活性，而且可以根據焊接材料的特殊要求進行焊接。激光焊接技術有以下幾種：一是激光與電弧焊接技術，二是等離子弧焊接技術，三是高頻感應熱源復合焊接技術，四是雙激光束焊接技術。不同的激光焊接技術特點不同，技術人員需要結合實際情況選擇激光焊接技術，保證激光焊接技術應用的合理性。

2.3激光打標技術

激光打標技術應用性比較廣，其工作原理是通過高強度，以及高密度的激光束對加工部件進行高溫照射。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記。這項技術在金屬加工范圍內運用程度相當廣。比如說對機械軸承的打標，或是對于輪轂的打標等等。因為激光技術的發展，激光打標技術也得到了相應的提高。由于激光打標的性質比較特殊因此被大量引用到產品防偽領域，也得到社會各界的認可。

2.4激光打標

激光打標技術，其實是一項應用性很強的激光材料加工技術，它主要是通過高密度、高能量的激光，從而實現對工部件的局部照射，并依靠汽化、液化等化學反應，將相關標識永久性地留在工部件表面。從當前看，金屬制品是激光打標技術應用最為廣泛的行業領域。以“蘇泊爾”為例，其刀具，電器上所存在的商標“SUPOR”就是通過激光打標完成的，通過這樣的形式，不僅不會影響到產品的性能，而且也能讓消費者加深對該品牌的影響。隨著技術的不斷進步，一些非金屬制品，如大理石、玻璃、陶瓷等在生產中，也開始廣泛的運用激光打標技術，從而在一定程度上實現了標記的打印。更加可貴的是，在金屬材料加工工藝中使用激光技術，其實也是一種嶄新的產品防偽手段，并且受到社會各界越來越廣泛的關注。

2.5表面處理

激光表面處理技術在金屬材料加工中的具體體現主要有兩個方面，一個是激光表面硬化技術，另一個是激光熔覆與合金化。在進行表面硬化處理過程中，金屬材料的馬氏體能量會不斷積聚，提高了金屬材料的抗疲勞強度和耐磨性能。而且激光表面處理技術不僅不會降低金屬材料的質量損耗還會提高金屬材料的硬度。例如，在使用同種類型的鋼材進行表面處理，如AISI1045，普通技術進行處理后，其硬度僅能達到HRC35，質量損耗卻高出了400mg；但利用激光表面處理技術進行處理后，其硬度達到了HRC20的水平，而且質量損耗僅為100mg，所以激光表面處理技術的優勢較大，可以廣泛的應用到金屬材料加工業中。

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

3結束語

綜上所言，現階段國內的金屬加工技術與工藝雖然日益完善，但是在激光技術全面運用在金屬加工技術之中仍然是存在一定的不足與缺陷，因此也是任重道遠，需要一定的發展空間與時間。所以作者在文中介紹激光技術在金屬材料加工過程中的具體運用措施以期待能夠讓有關人員得到參考與借鑒，同時提升加工藝，以確保國內金屬材料加工工藝行業的順利發展。

參考文獻：

[1]何宛臻.激光技術在材料加工領域的應用研究[J].科技與創新.2017（24）.

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

（作者單位：河北冀凱鑄業有限公司）