激光加工技术在金属加工工艺中的应用

激光加工技术在金属加工工艺中的应用

郑百战

中航西飞物流管控中心    陕西西安    710089

摘要：激光技术在金属材料加工中具有广泛的应用。其高能密度和高一致性的特点使得激光成为一种非常适合精密加工的工具。在金属材料的加工过程中，激光技术可以实现深熔焊接、传导焊接、激光打孔和激光切割等多种加工方式。本文从将围绕激光加工技术在金属加工工艺中的应用展开详细探讨，以供参考。

关键词：激光；技术；金属加工；工艺；应用

前言：激光技术在金属加工中具有提升生产效率、提高产品精度和凸显环保性能的优势。通过高速切割和穿孔、快速焊接、精细表面处理等方式，激光技术能够大幅提高金属加工的效率和质量。同时，激光加工过程中无需使用化学物质，持续节能，减少废料和污染物的产生，无需润滑剂和冷却剂，凸显了激光技术在金属加工中的环保性能。

一、激光技术在金属加工中的应用优势

（一）提升生产效率

    激光技术在金属加工中具有显著的优势，可以极大地提升生产效率。激光切割技术可以在金属材料上实现高速、精确的切割。与传统机械切割相比，激光切割速度更快，无需机械刀具的更换和调整，可以快速切割出复杂形状的零件。同样，激光穿孔技术也能够以高速和高精度将孔洞穿过金属材料，这在一些特殊行业中尤为重要。激光焊接技术能够快速高效地连接金属零件，不需要其他补充材料。激光焊接可以实现自动化和高度集成化的生产，适用于大规模生产或连续生产的工作环境。与传统电弧焊相比，激光焊接具有更快的速度和更少的热影响区，可以减少生产时间和人力投入。激光表面处理技术可以在金属部件表面产生不同的效果，如熔化、烧结和熔剂喷涂。这些处理过程可以在极短的时间内完成，比传统的机械处理方法更高效。激光表面处理可以改变金属材料的表面性质，提高抗腐蚀性、抗磨损性和耐高温性，从而延长零件的使用寿命[1]。

（二）提升产品精度

激光技术在金属加工中还可以显著提高产品的加工精度和质量。激光切割和穿孔技术可以实现非常高的精度和细微的切割线条。激光切割的热影响区非常小，可以在金属材料上实现精细的切割，切割缝宽度可以控制在很小的范围内。这对于需求较高精度的产品制造行业非常重要。激光焊接技术可以实现毫米级的高精度焊接。激光光束的聚焦性能非常好，能够非常精确地控制焊接位置和热量传导，从而实现高质量的焊缝。这在一些对焊接接头质量要求非常高的行业中非常重要，如航空航天、医疗器械等。激光表面处理技术可以实现对金属材料表面的微观加工。通过调整激光参数，可以控制激光的能量密度和聚焦度，从而实现对金属表面的精细加工。比如，可以通过激光打磨技术对金属表面进行微观级别的修整，使其更加光滑和均匀。此外，激光细微刻蚀技术可以实现对金属表面的微小图案和细节刻蚀，达到更高的产品精度和装饰效果。

（三）凸显环保性能

    激光技术在金属加工中具有较好的环保性能，符合可持续发展的要求。与传统的化学加工方法相比，激光技术在金属加工中无需使用额外的化学物质，如腐蚀剂、溶剂等。这减少了对环境的污染，同时也降低了对工人健康的风险。激光加工过程中，激光光束直接作用于金属材料，减少了对周围环境的影响。激光技术在金属加工过程中具有持续节能的特点。相比传统的加工方法，如机械切割和热加工，激光加工通常能够实现更高的能量转化效率。激光光束的高能密度和定向性使得能量更加集中和高效利用，减少能源消耗。激光加工由于其快速、高效的特点，通常可以缩短加工时间，从而减少能源的使用。激光加工过程中产生的废料和污染物通常较少。在激光切割和焊接过程中，激光光束直接作用于金属材料，减少了废料的产生。而在激光表面处理过程中，激光通常可以减少需要使用的化学药剂量和处理步骤，进一步减少产生的废料和污染物。这有助于减少对环境的负面影响，提高生产过程的可持续性。在激光加工过程中，通常无需使用润滑剂和冷却剂。传统的加工方法中，为了降低摩擦和冷却工件，通常需要使用大量的润滑剂和冷却剂。而激光加工由于其非接触性的特点，无需润滑剂，减少了对环境的污染和对工人健康的风险。

二、激光技术在金属材料加工中的应用

（一）深熔焊接

    深熔焊接是激光技术在金属材料加工中的一种重要应用。深熔焊接通过调节激光的能量密度和焦点位置，使光束能够深入金属材料并达到熔化的程度。这种加工方式在金属组件的连接、填充或修复等方面都具有广泛的应用。深熔焊接的优点在于可以实现高质量的焊接，具有较高的焊缝质量和强度。由于激光光束的高聚焦性和高能量密度，焊缝可以实现很小的间距和精确的控制尺寸。激光深熔焊接在航空航天、汽车制造、电子设备和医疗器械等领域中得到了广泛的应用。

（二）传导焊接

传导焊接是激光技术在金属材料加工中的另一种重要应用。在传导焊接中，金属材料不直接与激光源接触，而是通过传导过程实现焊接。激光光束首先照射在辅助材料上，使其吸收能量并迅速升温。然后导热过程中的热传递会将能量传递给接触的金属材料，从而使其熔化和连接。传导焊接具有热影响区小、热量分布均匀以及焊缝形状规整等优点。这种加工方式适用于各种金属材料的焊接，如不锈钢、铝合金和钛合金等。传导焊接在汽车制造、船舶建造和电子设备制造等行业中得到广泛应用，特别是对于一些对高质量焊缝和精确控制的应用需求。

（三）激光打孔

激光打孔是利用激光技术进行金属材料加工的一种常见方法。在激光打孔中，激光光束的高能密度和较小的光斑尺寸使得激光能够在金属材料上产生较小而精确的孔洞。激光打孔可以在金属材料上实现高质量、高精度、无切削力和无变形的孔洞。激光打孔具有很高的加工速度和灵活性，适用于各种金属材料的打孔应用。在航空航天、汽车制造、电子设备和制造业等行业中，激光打孔被广泛应用于制造孔洞、通孔、微孔等需求。例如，在汽车制造中，激光打孔用于制作发动机喷油嘴和制动系统中的喷孔；在航空航天领域，激光打孔被用于制作气缸和气门的冷却孔。激光打孔具有许多优点。首先，它可以实现高精度打孔，使得孔洞的直径、深度和形状得以准确控制。其次，激光打孔的速度非常快，可以高效地处理大量的孔洞。此外，在激光打孔过程中，不需要机械刀具接触工件表面，因此可以降低工具磨损和维护成本。同时，激光打孔通常是无接触的，不会产生振动和应力，减少了对工件的变形和损伤。

（四）激光切割

   激光切割是激光技术在金属材料加工中最常见的应用之一。激光切割通过高能密度的激光光束在金属材料表面焦点处产生熔化，并携带着高压气流将熔化的金属材料吹散，从而实现切割。激光切割广泛应用于各种金属材料的加工，如钢、铝、铜等。激光切割具有高精度、速度快、切割面光滑等优点。激光切割可以切割出各种复杂形状的轮廓，并且切割缝宽度较窄，精确度较高。

结语：综上所述，激光技术在金属材料加工中的应用包括深熔焊接、传导焊接、激光打孔和激光切割等。这些应用具有高效、高精度和灵活性的特点，为金属加工领域带来了许多优势。通过激光技术的应用，可以提高生产效率、提升产品质量，并且满足不同行业的加工需求。激光技术在金属材料加工中将继续发挥重要作用，并不断创新和发展。

参考文献：

[1]王朋,黄斌,邓新敏. 激光加工技术在输电铁塔制造中的应用[J]. 技术与市场,2021,28(06):70-72.