激光加工技术在工程机械制造的应用

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摘要：激光加工技术作为一门科学技术，广泛应用于许多工程领域。作为科学发展中出现的一种全新产物，该技术为国防军事、工业机械和农业商业等领域带来了诸多便利。科学技术的不断进步推动着施工质量在提高，激光技术也在不断改进。激光加工技术在工程机械制造中的应用是本文研究的重点，目的是与行业相关人员讨论如何更有效地提高机械产品的制造精度和质量。

关键词：激光加工；机械制造；应用

工程机械制造业在当今世界，特别是在我国的支柱产业中发挥着重要作用。随着全球经济的快速发展，机械制造业的发展前景和潜力十分巨大。为了在世界上赢得一席之地，国内相关企业应该注重产品的高质量，要想实现机械强国梦就必须自主创新。然而，目前国内的科技水平还与发达国家有着一定差距。改革创新面临的主要问题是技术创新，其中包括激光加工技术，这是国际公认的更先进的技术手段。如果这项技术能够得到改进和完善，就不会空谈提高工程机械的制造强度。

1激光加工概述

激光的全称是受激辐射光放大，如何从技术上实现数反转是激光产生的必要条件，当高能粒子与特定频率的光子发生入射时，高能级的粒子会有一定的概率跃至低能级。除此之外，粒子会辐射出与外光子频率、相位、偏振和传播方向相同的光子，上述过程就是受激辐射。受激辐射就意味着原始光信号会被放大，受激光辐射过程中衍生出的光被称为激光。激光的显著特点主要有：亮度极高、指向性强、色度比较单一、相干度较高等。随着工业技术近年来的技术改革逐步深入，激光切割、激光焊接、激光熔覆、激光材料制造等激光加工技术在制造业中扮演着越来越重要的角色。1.1激光切割。激光切割是借助高能量密度的激光束对器件进行强光照射，目的是使照射温度迅速上升。物料气化后，蒸汽会在短时间内被迅速排出或熔化，而辅助气体会为液体的顺利排出提供一定的帮助，进而形成相应的狭缝。激光切割通常会被用于加工钢、铝合金、钛合金等常见金属材料，玻璃、陶瓷、塑料等非金属材料也是激光切割的切割对象。值得一提的是，激光切割是一种非接触加工工艺，切割过程中工件并不会出现机械变形，激光束不会对不受激光照射的工件产生影响，其热冲击面积小，工件的热变形小。激光切割快速灵活，节省投资和生产成本。在汽车工业中，三维激光切割逐步取代冲切模和切边模成为生产车身板件的主要切割技术，相较于传统技术节省了大量的切割时间。在工程机械行业，日本以激光切割为标准技术手段，中国三一重工、徐工、汕头等也引进了大型激光切割机。1.2激光焊接。激光焊接是将激光作为发热源，利用激光加热工件，使材料熔化，实现连接的一种焊接方法。激光焊接属于非接触焊接，偶尔需要填充金属。根据不同的材料，采用相应的保护气体防止池氧化。激光焊接相对比较快速灵活，在焊接过程中不会对焊接件产生几何作用力，也不需要进行焊后热处理。1.3激光熔覆。激光熔覆是将粉末熔覆材料（有时是金属丝或金属板）以预设或同步的方式放置在基板表面上。在高能激光束的作用下，包层材料和基体表面迅速熔化固化，形成表面改性涂层。该涂层在产品投入使用后相比其他种类的涂层更耐磨、耐腐蚀、耐高温和抗氧化，而且可以适用于多数工业产品。除此之外，激光熔覆对基体热影响比较小，冷却速度相较于其他工艺要快的多，涂层晶粒尺寸非常细，熔覆层稀释率很小，与基体冶金结合良好，选粉范围广，且易于实现自动化。

2激光加工技术的干扰因素

激光加工技术的主要影响因素有激光输出功率和激光照射时间，激光输出功率越大，照射时间越长，相对应的工件所获能量也就越大。在焦点的位置相对固定时，激光加工孔会做出适应性的放大，这是激光能量的发散随照射时间而发生变化的原因。然而，照射时间不够长会导致能量密度过大，从而降低激光器的效率。当聚焦物镜作用下焦距与发散角之间发生功率反作用时，倘若无法在焦面上获得较大直径的光斑，那么相应的功率密度就比较大，激光穿孔的深度比较小。一旦焦点位于工件表面较低的位置时，就会出现喇叭口缺口，且能量密度会导致焦点过高。

3激光加工技术在工程机械行业中的应用现状

工程机械行业的主要材料通常是厚钢板，在切割碳钢板时，激光切割已广泛应用于国外相关行业。此时，由于激光切割比等离子切割更精确，误差更小。激光切割质量非常平滑，焊接后期无需打磨即可直接焊接。虽然激光切割机投资巨大，但在加工的后期，每一次激光加工都会产生一定的成本节约。相较于等离子切割机，虽然激光切割设备的前期投资较大，但投入使用后的消费成本会大大降低。使用一段时间以后，一台大型激光切割机比一台宽度相同的等离子切割机在操作上会节省很多成本。使用激光切割机来提高产品开发速度和质量，是一种非常有效的选择标准技术手段。在日本、德国等工业发达国家，工程机械行业广泛采用激光切割作为标准工艺手段在工件切割过程中进行加工，即使是一些大型企业也要求不用其他切割方法就可以使用激光。

4激光加工技术在工程机械中的优势

机械产品的所有零部件都应标上条形码，标明产品标识、公司序列号和生产标签等，对促进制造商创造的品牌效应起到很好的作用。然而，传统的激光加工技术在工程机械加工行业中应用时会暴露出许多诸如打孔针小、字迹模糊和噪音大的缺点，它对冲床设备也是一种损坏，备件消耗量也较大，不适合现代生产需要。采用激光加工技术，工件之间不需要接触，不产生热能，保证精度和精度。通过各种材料的表面加工实践，精度基本达到100%，加工后的孔使用寿命长，坚固耐用。激光时空控制非常好。材料、形状、加工环境、加工尺寸要求不高。一般工件只要适合自动加工条件，就可以在表面加工。采用激光加工，误差很小，激光加工技术不允许仿制标记和涂改，所以产品的防伪程度很高，一般加工技术不能满足其技术标准。激光加工技术符合现代全球绿色节能环保工程机械加工技术的要求，其环保节约的加工特点能够为激光加工技术广泛应用于各行各业奠定了坚实的基础。在企业内部的激光加工车间，能够保证整个机械器件的加工过程是清洁卫生的，激光加工技术以其独特的优势在工业企业的机械加工领域得到了广泛的应用。

5激光加工技术在未来的发展趋势

相较于发达国家，我国在激光加工技术方面的发展起步较晚，但发展速度惊人。短短几年之内，一些大型生产激光加工设备的企业都具备了自己的核心竞争力，且其数量和质量的增长速度十分惊人，但是在技术方面与国外还是有一定的差距。例如，对激光电源的投资使得激光加工技术的成本仍然高于国外同类产品的使用成本。因此，激光切割技术还没能做到全行业普及。但是近年来我国的激光加工技术发展速度剧增，研发人员与技术人员一同对以往的不足之处进行多次试验，在许多领域包括加工成本、厚度等方面已经取得重大突破。在全球经济潮流盛行与科学技术进步的双重推动下，激光加工技术已经逐步从人工操作向智能化方向发展。计算机辅助设计等软件的开发和应用已经开始渗透到激光切割技术中。在相应的多功能激光切割中心内部，激光切割、焊接和热处理通过人工智能协调配合，充分发挥激光加工技术的整体优势，在一定程度上提高了激光加工技术的精度和效率。机器人广泛应用于激光切割技术领域，其多功能、高精度的优点得到了进一步的发展，激光加工技术在工件上的应用覆盖了大部分切削材料。今后，激光加工技术将在更精确的方向上进行进一步的研究，也会克服现在10毫米以下的工件不能用激光加工的缺陷，更精确的零件也可以不用人工加工。

6结论

随着“中国制造2025”目标的进一步制定和实施，为了摆脱过去低端、低效、高能耗的局面，我国工程机械制造必须探索和应用高效制造技术。高效制造技术的应用越广泛，中国的工业机械制造水平就越高。激光加工技术本身具有高精度、前沿性的特点，适合工程机械制造业的需求，对促进我国智能制造的实现起到了一定的促进作用。希望激光加工企业能够加快技术研发和工程实践，满足中国工程机械制造业快速发展的需要。

参考文献

[1]刘迅,李东艳.激光加工技术在机械制造中的应用[J].装备制造技术,2017(5):300-302.

[2]尹杰,董松金,刘言学,等.激光加工技术在工程机械制造中的应用探讨[J].工程机械,2011,42(9):50-53.

作者:张建达 单位:中船重工龙江广瀚燃气轮机有限公司