激光加工技術在工程機械制造的應用

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摘要：激光加工技術作為一門科學技術，廣泛應用于許多工程領域。作為科學發展中出現的一種全新產物，該技術為國防軍事、工業機械和農業商業等領域帶來了諸多便利。科學技術的不斷進步推動著施工質量在提高，激光技術也在不斷改進。激光加工技術在工程機械制造中的應用是本文研究的重點，目的是與行業相關人員討論如何更有效地提高機械產品的制造精度和質量。

關鍵詞：激光加工；機械制造；應用

工程機械制造業在當今世界，特別是在我國的支柱產業中發揮著重要作用。隨著全球經濟的快速發展，機械制造業的發展前景和潛力十分巨大。為了在世界上贏得一席之地，國內相關企業應該注重產品的高質量，要想實現機械強國夢就必須自主創新。然而，目前國內的科技水平還與發達國家有著一定差距。改革創新面臨的主要問題是技術創新，其中包括激光加工技術，這是國際公認的更先進的技術手段。如果這項技術能夠得到改進和完善，就不會空談提高工程機械的制造強度。

1激光加工概述

激光的全稱是受激輻射光放大，如何從技術上實現數反轉是激光產生的必要條件，當高能粒子與特定頻率的光子發生入射時，高能級的粒子會有一定的概率躍至低能級。除此之外，粒子會輻射出與外光子頻率、相位、偏振和傳播方向相同的光子，上述過程就是受激輻射。受激輻射就意味著原始光信號會被放大，受激光輻射過程中衍生出的光被稱為激光。激光的顯著特點主要有：亮度極高、指向性強、色度比較單一、相干度較高等。隨著工業技術近年來的技術改革逐步深入，激光切割、激光焊接、激光熔覆、激光材料制造等激光加工技術在制造業中扮演著越來越重要的角色。1.1激光切割。激光切割是借助高能量密度的激光束對器件進行強光照射，目的是使照射溫度迅速上升。物料氣化后，蒸汽會在短時間內被迅速排出或熔化，而輔助氣體會為液體的順利排出提供一定的幫助，進而形成相應的狹縫。激光切割通常會被用于加工鋼、鋁合金、鈦合金等常見金屬材料，玻璃、陶瓷、塑料等非金屬材料也是激光切割的切割對象。值得一提的是，激光切割是一種非接觸加工工藝，切割過程中工件并不會出現機械變形，激光束不會對不受激光照射的工件產生影響，其熱沖擊面積小，工件的熱變形小。激光切割快速靈活，節省投資和生產成本。在汽車工業中，三維激光切割逐步取代沖切模和切邊模成為生產車身板件的主要切割技術，相較于傳統技術節省了大量的切割時間。在工程機械行業，日本以激光切割為標準技術手段，中國三一重工、徐工、汕頭等也引進了大型激光切割機。1.2激光焊接。激光焊接是將激光作為發熱源，利用激光加熱工件，使材料熔化，實現連接的一種焊接方法。激光焊接屬于非接觸焊接，偶爾需要填充金屬。根據不同的材料，采用相應的保護氣體防止池氧化。激光焊接相對比較快速靈活，在焊接過程中不會對焊接件產生幾何作用力，也不需要進行焊后熱處理。1.3激光熔覆。激光熔覆是將粉末熔覆材料（有時是金屬絲或金屬板）以預設或同步的方式放置在基板表面上。在高能激光束的作用下，包層材料和基體表面迅速熔化固化，形成表面改性涂層。該涂層在產品投入使用后相比其他種類的涂層更耐磨、耐腐蝕、耐高溫和抗氧化，而且可以適用于多數工業產品。除此之外，激光熔覆對基體熱影響比較小，冷卻速度相較于其他工藝要快的多，涂層晶粒尺寸非常細，熔覆層稀釋率很小，與基體冶金結合良好，選粉范圍廣，且易于實現自動化。

2激光加工技術的干擾因素

激光加工技術的主要影響因素有激光輸出功率和激光照射時間，激光輸出功率越大，照射時間越長，相對應的工件所獲能量也就越大。在焦點的位置相對固定時，激光加工孔會做出適應性的放大，這是激光能量的發散隨照射時間而發生變化的原因。然而，照射時間不夠長會導致能量密度過大，從而降低激光器的效率。當聚焦物鏡作用下焦距與發散角之間發生功率反作用時，倘若無法在焦面上獲得較大直徑的光斑，那么相應的功率密度就比較大，激光穿孔的深度比較小。一旦焦點位于工件表面較低的位置時，就會出現喇叭口缺口，且能量密度會導致焦點過高。

3激光加工技術在工程機械行業中的應用現狀

工程機械行業的主要材料通常是厚鋼板，在切割碳鋼板時，激光切割已廣泛應用于國外相關行業。此時，由于激光切割比等離子切割更精確，誤差更小。激光切割質量非常平滑，焊接后期無需打磨即可直接焊接。雖然激光切割機投資巨大，但在加工的后期，每一次激光加工都會產生一定的成本節約。相較于等離子切割機，雖然激光切割設備的前期投資較大，但投入使用后的消費成本會大大降低。使用一段時間以后，一臺大型激光切割機比一臺寬度相同的等離子切割機在操作上會節省很多成本。使用激光切割機來提高產品開發速度和質量，是一種非常有效的選擇標準技術手段。在日本、德國等工業發達國家，工程機械行業廣泛采用激光切割作為標準工藝手段在工件切割過程中進行加工，即使是一些大型企業也要求不用其他切割方法就可以使用激光。

4激光加工技術在工程機械中的優勢

機械產品的所有零部件都應標上條形碼，標明產品標識、公司序列號和生產標簽等，對促進制造商創造的品牌效應起到很好的作用。然而，傳統的激光加工技術在工程機械加工行業中應用時會暴露出許多諸如打孔針小、字跡模糊和噪音大的缺點，它對沖床設備也是一種損壞，備件消耗量也較大，不適合現代生產需要。采用激光加工技術，工件之間不需要接觸，不產生熱能，保證精度和精度。通過各種材料的表面加工實踐，精度基本達到100%，加工后的孔使用壽命長，堅固耐用。激光時空控制非常好。材料、形狀、加工環境、加工尺寸要求不高。一般工件只要適合自動加工條件，就可以在表面加工。采用激光加工，誤差很小，激光加工技術不允許仿制標記和涂改，所以產品的防偽程度很高，一般加工技術不能滿足其技術標準。激光加工技術符合現代全球綠色節能環保工程機械加工技術的要求，其環保節約的加工特點能夠為激光加工技術廣泛應用于各行各業奠定了堅實的基礎。在企業內部的激光加工車間，能夠保證整個機械器件的加工過程是清潔衛生的，激光加工技術以其獨特的優勢在工業企業的機械加工領域得到了廣泛的應用。

5激光加工技術在未來的發展趨勢

相較于發達國家，我國在激光加工技術方面的發展起步較晚，但發展速度驚人。短短幾年之內，一些大型生產激光加工設備的企業都具備了自己的核心競爭力，且其數量和質量的增長速度十分驚人，但是在技術方面與國外還是有一定的差距。例如，對激光電源的投資使得激光加工技術的成本仍然高于國外同類產品的使用成本。因此，激光切割技術還沒能做到全行業普及。但是近年來我國的激光加工技術發展速度劇增，研發人員與技術人員一同對以往的不足之處進行多次試驗，在許多領域包括加工成本、厚度等方面已經取得重大突破。在全球經濟潮流盛行與科學技術進步的雙重推動下，激光加工技術已經逐步從人工操作向智能化方向發展。計算機輔助設計等軟件的開發和應用已經開始滲透到激光切割技術中。在相應的多功能激光切割中心內部，激光切割、焊接和熱處理通過人工智能協調配合，充分發揮激光加工技術的整體優勢，在一定程度上提高了激光加工技術的精度和效率。機器人廣泛應用于激光切割技術領域，其多功能、高精度的優點得到了進一步的發展，激光加工技術在工件上的應用覆蓋了大部分切削材料。今后，激光加工技術將在更精確的方向上進行進一步的研究，也會克服現在10毫米以下的工件不能用激光加工的缺陷，更精確的零件也可以不用人工加工。

6結論

隨著“中國制造2025”目標的進一步制定和實施，為了擺脫過去低端、低效、高能耗的局面，我國工程機械制造必須探索和應用高效制造技術。高效制造技術的應用越廣泛，中國的工業機械制造水平就越高。激光加工技術本身具有高精度、前沿性的特點，適合工程機械制造業的需求，對促進我國智能制造的實現起到了一定的促進作用。希望激光加工企業能夠加快技術研發和工程實踐，滿足中國工程機械制造業快速發展的需要。

參考文獻

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[2]尹杰,董松金,劉言學,等.激光加工技術在工程機械制造中的應用探討[J].工程機械,2011,42(9):50-53.

作者:張建達 單位:中船重工龍江廣瀚燃氣輪機有限公司