激光技术在金属材料加工工艺中的应用探析

激光技术在金属材料加工工艺中的应用探析

摘要：激光技术的研究和推广应用的水平是标志一个国家现代化程度的高级技术之一。激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工等的一门技术。如今，激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电器、航空、电子、冶金、机械制造等重要部门。就激光技术的优势、常见的激光技术以及在金属材料加工工艺中的应用进行了研究，对提高产品质量、劳动生产率和减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。

关键词：激光技术；工艺；加工

激光加工是一种新兴的先进制造技术，具有自己的特色与规律，经过多年的积淀形成了激光加工理论和各种激光加工工艺参数。随着世界科技与经济发展的需要，激光技术有了迅速发展。激光与普通光相比具有单色性、相干性、方向性和高光强。同样激光加工设备也涉及到众多学科因而决定了它的高科技性和高收益率。纵观国际和国内激光应用场情况经过多年来的研究开发和完善，当代的激光器和激光加工技术与设备已相当成熟形成系列激光加工工艺。

1 激光技术优势分析

1.1 加工速度快，效率高

激光切割是当前各国应用最多的激光加工技术，在国外许多领域，例如，汽车制造业和机床制造业都采用激光切割进行钣金零部件的加工。在航天工业中，铝合金用激光焊接的成功应用是飞机制

造业的一次技术大革命。在汽车工业中，激光加工技术优化了汽车结构，提高了汽车性能，降低了耗油量。激光精加工和微加工不但促进了工业的发展，也为制造行业提供了有利条件。随着大功率激光器光束质量的不断提高，激光切割的加工对象范围之广，几乎包括了所有的金属和非金属材料。例如，可以利用激光对高硬度、高脆性、高熔点的材料，进行形状复杂的三维立体零件切割，这也正是激光切割的优势所在。由于激光加工技术的高效率、无污染、高精度、热影响区小，因此在工业中得到广泛应用。另外，激光切割的优点还包括设置时间短，对不同工件和外形具有很好的适应性。

1.2 精准率高，无污染

激光焊接激光焊接是将光斑非常细小高强度的激光照射到工件表面，通过激光与物质的相互作用，使作用区域内的母材局部快速熔化、汽化，实现焊接。与传统的加工热源相比，激光具有高亮度性、高方向性、高单色性和高相干性等特点，因此，激光加工是一种新型的高能束流加工技术，对提高产品质量和劳动生产率，实现生产的自动化和无污染，以及减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。例如，3d激光切割技术是加工高强钢最经济的技术。激光切割适合高强钢加工毛边过程。对于这种加工，3d激光切割尤其适合这种已经成型的金属薄板。如果钢的强度达到1500mpa，就只能采用激光切割技术才能实现，没有其他更经济的方法可以选择。另外，对于激光切割而言，低热输入是激光切割中一个非常重要的特点，因为一些合金的高强特性会由于热效应而导致性能降低。激光能焊

接以前由于不可视原因而无法焊接的部位（例如，车顶侧板和后挡板的结合）。激光焊接同样是一种变形很小的高质量焊接，能够达到很高的精度。另外，激光焊接相比电阻点焊能够减小焊缝宽度，这再一次降低了重量和燃油消耗。

2 激光技术在金属材料加工工艺中的应用

2.1 激光切割

激光是用聚焦镜将激光束聚焦在材料表面，使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。激光切割是当前各国应用最多的激光加工技术，在国外许多领域，例如，汽车制造业和机床制造业都采用激光切割进行钣金零部件的加工。激光可切割的材料很多，包括有机玻璃、木板、塑料等非金属板材，以及不锈钢、碳钢、合金钢、铝板等多种金属材料。激光切割无需刀具和模具在计算机控制下，可直接实现二维、三维上任意形状的板类和壳体类零件的柔性加工。同时，激光切割也是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。在计算机的控制下，通过脉冲使激光器放电，从而输出受控的重复高频率的脉冲激光，形成一定频率，一定脉宽的光束，该脉冲激光束经过光路传导及反射并通过聚焦透镜组聚焦在加工物体的表面上，形成一个个细微的、高能量密度光斑，焦斑位于待加工面附近，以瞬间高温熔化或气化被加工材料。与传统的板材加工方法相比，激光切割其具有高的切割质量、高的切割速度、高的柔性、广泛的材料适应性等优点。精度高，其定位

精度0.05mm，重复定位精度0.02mm；速度快：切割速度可达10m/min，最大定位速度可达70m/min，比线切割的速度快很多。不受被切材料的硬度影响：激光可以对钢板、不锈钢、铝合金板、硬质合金等进行加工，不管什么样的硬度，都可以进行无变形切割。

2.2 激光焊接

激光切割是利用高功率密度的激光束扫描过材料表面，在极短时间内将材料加热到几千至上万摄氏度，使材料熔化或气化，再用高压气体将熔化或气化物质从切缝中吹走，达到切割材料的目的。激光焊接的特点及应用激光焊接是一种高速度、非接触、变形极小的焊接方式，非常适合大量而连续的在线加工。适合于精密件、箱体件和有密封要求焊接件的加工。激光束经聚集后可获得很小的光斑，且能精密定位可应用于大批量自动化生产，不仅生产效率大大提高且热影响区小焊点无污染大大提高了焊接的质量。随着激光设备和加工技术的发展，激光焊接能力也在不断增强。焊接速度高、焊缝小、焊接熔深大、热影响区窄，焊接变形小、在操作过程中无污染是它的主要优点。采用激光扫描焊接工艺可以实现任何焊接曲线，使车身结构具有更大的灵活性，并且可以根据特殊的焊接强度进行定制。主要有激光与电弧、等离子弧、高频感应热源复合焊接以及双激光束焊接等。另外，激光扫描焊接提供了更高的生产率、适应性和经济效果，它特别适用于一个构件要求多道短的搭接焊，这种方式也被称为远程焊接。这种高动态焊接技术通过扫描振镜引导激光束到工件进行焊接，移动工件或者焊接头的时间变得很短。

因此客户能选择一系列的焊接工艺而几乎没有浪费时间，使热输入和变形最小，而加工时间能被缩短70%以上。

3 结束语

总之，激光技术这项蓬勃发展的新型技术，不仅被大规模地应用在汽车、材料加工、机械制造、电气仪表、航空航天、等诸多工业领域，并且融入到了人民大众的日常生活，更是为工业时代带来了无限的商机。随着激光加工技术、设备、工艺研究的不断深入，将具有更广阔的应用前景。