激光技术在金属材料加工工艺中的应用

陈扬

摘要：目前，激光技术已经广泛应用于金属材料加工工艺中，属于新型高能加工技术，效率高，操作简单，而且无污染。其 种类也在不断增多，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，保证激光束可以沿着设定好的轨迹切割。 不同的激光技术具有不同的特点，技术人员需要结合金属材料的特点和实际需求来选择激光技术，保证激光技术应用的合理 性。本文探讨了激光技术在金属材料加工工艺中的应用。

关键词：激光技术；金属材料；加工工艺；应用

中图分类号：TG456.7 文献标识码：A 文章编号：2095-3178（2018）06-0117-01

激光技术是一项新兴的技术手段，激光技术以其独特的特点在 材料加工领域得到了广泛的应用。激光材料加工时利用激光的单色 性、相干性和平行性的特点，在材料的局部形成高温，达到对材料 进行加工的目的。激光材料加工技术具有工作效率高，加工精度高 等优点，在金属材料加工中起到了独特的作用。

1 激光加工技术的特点

现如今，激光主要作为一类相干光源，通常具有相干性以及单

色性等重要特点，一般方向性好，且能量整体密度高。此外，当前 激光束如果聚焦在被加工材料前表面的某一特定点时，其所包含的 光能会瞬时逐步转化为热能，进而出现上万摄氏度的高温，此时此 刻就算再堅固无比的材料也会无法忍耐高温而熔化。与此同时，温 度会不断升高，且材料出现汽化现象，使被切除的部分产生小孔洞， 且余料会在整个汽化过程中逐步被蒸发，且没有一点剩余。激光加 工材料的过程实际上是待加工材料局部因温度急剧迅速升高持续发 生液化和汽化现象的过程。

激光加工技术可以实现传统的钣金加工方法难以完成的零件加 工。当要在一个箱体较大的钢件上钻许多大小不一的孔时，传统钣 金工艺方法无法做到，但激光加工技术就能够轻松完成。而且，在 连续加工同样的零件时，激光加工技术比传统工艺技术的准确度更 高，速度更快，市场竞争力更强。

在二维平面中，激光加工更有柔性。例如在使用激光切割机切 割时，工件是固定的，切割机的割头是可移动的，这样不仅可以避 免加工出现死角，提高加工材料的利用率，还能够简化加工设备。 激光加工设备不是靠控制零件、设置模具或改变加工路线来进行加 工的，而是由计算机系统整体控制来完成的，因此，激光加工工艺 中不存在刀具的磨损、变形等问题，过程可以能够通过数控来完成， 而且完成精度高，质量好。

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。

2.2 激光打孔

激光打孔是一项比较传统，且较为实用的激光材料加工技术，

相比于其他技术，这种加工技术不仅具有较高的精度和效益等特点， 也在应用发展中逐渐成为了该行业的至关重要的技术元素。

在 20世纪末，激光打孔技术得到了飞速发展，并逐渐呈现出了 较为显著的多元化发展趋势，而随着相关技术、工艺的不断更新完 善，随着孔径的逐渐缩小，性能也随之不断提升。在我国，该技术 的发展历史也相对较长，最早用于20世纪60年代的钟表制造行业， 并取得了一定的应用发展成就，但相比于诸多国外发达国家来讲， 我国对此项技术的应用、研发还存在着较大差距。当前，很多发达国家将激光打孔技术科学、广泛地应用到了医药、飞机制造以及食 品加工等领域，并为其带来了相对较大的精神、物质财富。

2.3 激光打标

激光打标技术作为一项应用性较强的相关材料加工技术，主要

是通过较高的能量与密度的激光，来对局部的工部件进行照射，并 对汽化、液化等化学反应进行科学利用，以此来将相关标识永久性 地留在工部件的表面。就目前来看，该技术在金属制造行业领域的 应用最广泛，如，刃具、轴承等金属制品的打印标记对激光达标技 术的依赖性都很强。同时，该技术也能够在不影响晶体性能的基础 上，实现看似无法完成标记打印。另外，在社会科技快速发展背景 下，一些大理石、陶瓷等非金属制品的达标也可以采用激光打标技 术来进行，而随着近几年，激光系统的不断优化，也在某种程度上 拓展了标记深度，也进一步提升了标记质量。并且，作为一种较为 新颖、先进的产品防伪手段，激光打标技术的应用发展也得到了社 会各界的广泛重视。

2.4 激光焊接

依据服务对象和使用器件的不同，激光焊接主要包括两种类型

的机制，一种是深熔焊，主要应用于机械制造行业；另一种是传导 焊，主要应用于电子电气行业。

从目前的发展态势看，激光焊接技术不断渗透到汽车行业，为 行业发展提供了必要的技术支撑。具体而言，这种应用主要体现在 以下两个方面：首先，传动件焊接。当前，激光焊接技术可满足汽 车传动系统中 70%的零件的焊接需求。与其它焊接技术相比，激光 焊接不仅可以提高零件的使用寿命，而且可以降低零件的使用成本，

体现出其独特的应用价值。其次，焊接组合件。简单地说，焊接组 合件就是将分散的平板工件焊接成体、冲压成形。通过焊接组合件， 既可以减少工件数量，也可以提高部件性能，还可以减轻车体重量， 进而优化汽车的整体性能。

2.5 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 的能 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。

综上所述，随着社会工业的不断发展以及激光加工技术的进步， 激光加工技术必然会成为金属加工技术应用中的重要加工手段，因 此，值得广大同行的关注与重视，在实际生产中予以大力的推广。

参考文献

[1] 蔡骐远. 激光技术在材料加工中的应用研究[J]. 信

息记录材料. 2018（01）

[2] 韩仲夏. 激光技术在半导体行业当中的应用[J]. 无 线互联科技. 2018（08）