激光加工技術在冶金行業的應用

張堪傲，張璐璐，夏斌斌

（華北理工大學 冶金與能源學院，河北 唐山 063210）

在隨著經濟技術高速發展的今天，信息化逐漸滲入人們的日常生活。科學技術的不斷突飛猛漲，讓激光加工技術在各行各業中嶄露頭角，成為很多行業領域中不可缺少的一部分。尤其在冶金行業中，激光加工技術對于切割原材料、焊接、熱處理等很多方面都有巨大的貢獻，為冶金企業在發展過程中起到了很大的幫助[1]。因此，激光加工技術在科學技術發展中也得到了很大的發展，在冶金行業當中占據的地位也逐漸重要。因此，本文從加工技術在冶金行業中的應用開始研究，希望讓冶金行業的發展越來越好。

1 激光加工技術在冶金行業中的應用

1.1 用激光技術對硅鋼進行刻痕

在冶金行業當中，激光加工技術的主要用途還是用來對硅鋼進行刻痕。在一般情況下，冶金在生產制作過程中，需要把硅鋼降低鐵損和提高磁場感應，而最好的方式就在硅鋼當中增加一定的硅含量、將硅鋼當中的磁疇細化或者是把鋼板厚度按照規定減少等等措施。但當前的硅鋼的鋼板厚度和含硅量已經不能隨意改變。而激光加工技術在整個環節當中所要做的，就是要對磁疇細化或者改變磁疇的分布情況，讓冶金生產中能夠降低硅鋼的鐵損，讓生產符合標準。這種技術使用的原理就是因為硅鋼因為激光技術的照射，硅鋼內部會因為集觀光的照射和沖擊下，在生產力的區域內讓其內部密度錯位，從而讓硅鋼細化后的磁場和原本的磁場相互改變，從而讓硅鋼發生變化，降低硅鋼的鐵損[2]。這種操作技術的原理就是，硅鋼片因為受到激光束所照射，在作用區中形成了幾千個標準大氣壓，讓硅鋼片在這種壓力下產生了彈塑性變形和引力，致使硅鋼片的密度錯位，磁疇細化，讓細化了的磁疇發生位移、翻轉等情況，從而讓鐵損得到降低。

1.2 利用激光技術對帶鋼進行焊接

在冶金行業中，激光加工技術的主要用途不僅是用來對硅鋼進行刻痕，還可以用激光加工技術對帶鋼進行焊接。在冶金生產中，冷軋板材是一項非常重要的生產材料。在以往的生產當中，該材料一般是使用電阻焊和閃光焊來進行生產。在以往，閃光焊主要是對高于1.5mm厚的鋼板進行焊接，而電阻焊主要是對小于1.5mm厚的鋼板進行焊接，但電阻焊和閃光焊在生產過程中逐漸出現問題，所產生的帶鋼斷帶率超過3%，且焊接出來的焊縫不夠平整，致使質量不夠達標。因此，企業逐漸將激光技術應用在冷軋板材的生產方面，用來取代以往的電阻焊和閃光焊，并且具備一定的優勢。一方面，激光加工技術在帶鋼焊接時，不僅比電阻焊和閃光焊更穩定、精準度高和重量輕等優勢，同時在重復性和維護量方面也比以往的焊接方法要好。另一方面，由于科技的發展速度較快，激光加工技術逐漸成熟。在激光接頭中所使用的材料，與冶金當中的原材料極為相似，所產生的斷帶率是0.5%，遠遠低于電阻焊和閃光焊。此外，激光加工技術在加工過程中會使焊縫平整，有效的提高冶金的成材率和產量。因此，許多世界鋼業大企業都紛紛選擇的激光焊接作為主要的拼焊生產方式。

激光加工技術的表現十分優異，也意味著閃光焊在帶鋼生產方面逐漸“落幕”。雖然閃光焊的焊接技術在鋼業行業中應用十分廣闊，處于領導地位。但是由于激光加工技術的出色表現，也代表著激光技術遲早會取代閃光焊，成為未來冶金行業中主要的焊接方式。

2 激光加工技術在冶金設施中的應用

2.1 利用激光加工技術對軋輥表面進行毛化

在冶金行業中，對軋輥毛化是一件非常重要的生產環節，與以往的噴丸毛化相比，激光毛化的性能則更加出色，這也是激光加工技術在冶金設施中的重要應用。冷軋薄鋼板是冶金設施中重要的組成部分[3]。因此，在生產冷軋薄鋼板的時候，對其質量和性能都有一定的要求。在現代生產當中，為了提高冷軋薄鋼板的深沖性和形影的涂鍍性能，都需要激光加工技術對其進行毛化處理。在現階段的毛化處理集中有 ：噴丸毛化、電火花毛化、激光毛化等。這些毛化處理技術可以分成兩種，一種是毛化不規則分布，一種是可定式毛化。噴丸毛化和電火花毛化都是屬于不規則毛化處理技術，激光毛化技術則是可定式毛化技術。

激光毛化是近些年來發明出的新技術。與之前的毛化技術相比，激光毛化技術不僅擁有較強的毛化性能，而且毛化的效果十分出色。此外，激光技術也在不斷的研發和改善當中，未來的激光毛化技術則會更加出色。

2.2 用激光技術對軋輥表面進行強化

在現階段的冶金行業中，對軋輥表面進行強化，也是激光技術在冶金行業設施中的重要應用。在近些年來的發展中，市場發展前景最為廣闊的還是激光加工技術對軋輥表面進行強化。

這種強化技術就是使用先進的激光快速變相，或者融凝處理，在軋輥表面形成了厚度為1.5mm ～ 2.0mm的超細化、高韌性、高耐磨的合金層，讓合金層的馬氏體和高度彌散和均勻分布的碳化物強化顆粒，讓冶金熱軋輥的使用壽命得到很大的提高。

此外，軋輥表面強化的技術除了激光技工技術之外，還有激光淬火、激光熔凝、激光合金化等。在這其中激光淬火強化技術是目前主流軋輥表面強化技術。我國的很多冶金企業都在使用激光淬火技術，如 ：武鋼、太鋼、重鋼等。

激光融凝的強化技術一般是用來獲得2mm～3mm的硬化層。這種強化技術一般是用來高碳、高合金材料，目前這種產品已經成功用在了鑄鐵發動機的凸輪，還有軋鋼廠的剪板機剪刃上。

激光軋輥表面技術雖然對材料的表面硬度和耐磨性有很大的提高，但是一般的軋輥表面面積都十分巨大，所需要的工藝流程也更為復雜，不能跟一般的零件表面強化相比。此外，相關的一些技術問題，例如 ：硬化層不均勻、開裂、組織軟化等，這些問題都需要對技術進行深入的探索和研究[4]。再加上激光加工設備一般都比較高昂，所以國內這種加工技術還有得到很好的應用。

3 激光加工技術在冶金產品當中的應用

在現階段的冶金行業當中，激光技術的運用已經十分廣泛，其中最具有代表性的就是使用激光拼焊汽車板。在近些年來的激光技術使用當中，激光平漢技術已經成為各國汽車制造中首選的先進制造技術，并且取得了較好的成果。這種技術運用就是將汽車車身分為不同的厚度與材質，然后組合成車身板坯，在激光加工技術的作用下，對整體的汽車板工藝進行沖壓。這種制造方式，改變了傳統的汽車車身制作模式，優化了汽車車身的整體結構，同時也讓冶金行業在發展當中有了更高的經濟效益。

4 總結

目前，我國的激光加工技術在冶金行業中的應用還并不廣泛，研發的廣度與深度都與其他發達國家有一定距離，因此激光加工技術的發展速度也相對緩慢，但這種加工技術已經成為冶金行業當中必不可少的一項重要技術[5]。目前，我國很多高校和專業研究所，包括一些激光設備的生產企業都開始對激光加工技術進行深入研究。盡管有國家的扶持計劃助力，取得了不小的成果，但是扔需要開發出我國具有的知識產權的設備和技術，讓我國的激光加工技術得到更好的發展。