張浩浩

三峽電力職業(yè)學(xué)院，湖北 宜昌 443000

0 引言

激光切割技術(shù)的本質(zhì)就是利用聚焦高能量的方式形成激光束，直接把需要加工的工件熔化或者氣化，同時在輔助氣體的作用之下處理熔化物或者氧化物，完成整個切割的操作中。激光切割技術(shù)是一種非常先進的機械制造加工技術(shù)，對于提高機械制造企業(yè)的核心競爭力和總體水平有著非常重要的作用。

1 激光加工的特點

激光加工最初是德國在20世紀60年代研發(fā)和提出的，其工作原理就是應(yīng)用激光器形成高能量的粒子直接把需要加工的金屬熔化或者氣化，然后衍生出很多加工技術(shù)。因為激光束的穩(wěn)定性、抗干擾能力非常強，外部環(huán)境的影響范圍較小，所以很多金屬或者非金屬材料都可以達到高質(zhì)量的加工要求，加工精度非常高。

激光加工技術(shù)的主要優(yōu)勢就是精度高，從實際情況分析，可以總結(jié)為“高、快、好、省、廣”。

（1）高。激光加工的精度非常高、工作效率高，因此也具備較高的經(jīng)濟效益。比如一臺激光切割機的設(shè)備價值為30萬元，在企業(yè)生產(chǎn)中，一年半的時間可以回收設(shè)備成本，然后產(chǎn)生利潤。

（2）快。激光加工技術(shù)可以實現(xiàn)高速度加工。因為激光具備較高的能量，屬于高能量光源，所以加工速度很快，最高可達100 m/min。

（3）好。激光加工技術(shù)的抗干擾能力非常強，可以抵御外部環(huán)境的侵蝕和影響，故加工完成的工件質(zhì)量好，這是普通加工機床所無法比擬的。

（4）省。激光設(shè)備進行產(chǎn)品的加工，可以全面的提升材料的利用率，從目前統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，和其他加工技術(shù)對比，激光加工可以節(jié)約10%～30%的材料。另外，激光加工并不會直接和被加工材料接觸，因此耗材消耗較少。

（5）廣。激光切割技術(shù)可以加工的材料范圍比較廣，除了金屬材料，還可以進行非金屬材料的加工。此外，激光切割技術(shù)可以進行多種工藝的加工，比如直線、曲線、異型圖案等[1]。

2 激光切割技術(shù)的主要類型

（1）汽化切割。汽化切割是目前激光切割技術(shù)應(yīng)用范圍較廣的一種技術(shù)。這一技術(shù)應(yīng)用的激光功率密度很高，只要是把激光直接照射到工件表面，除了極少數(shù)的被反射出去，其他絕大部分都會被吸收轉(zhuǎn)化成為熱能，可以在表面達到沸騰溫度的要求，完成加工作業(yè)。此外，從表面氧化的實際情況分析，吸收率的提升效果非常明顯，噴出的蒸汽會帶走比較多的熔融材料，然后就會直接形成汽化切口。汽化切割技術(shù)一般都是應(yīng)用脈沖激光進行加工，比如塑料、木料、陶瓷等都可以進行加工。

（2）熔化切割。熔化切割在應(yīng)用中，對激光的功率要求比較高，必須達到工件表面加工強度的性能要求。熔化切割與汽化切割有著很大的差異，其加工之后形成的熔化物不是通過氣化清理掉的，而需要使用輔助氣體進行吹除處理。熔化切割技術(shù)并不會存在蒸汽對激光束的發(fā)射與吸收方面的問題，激光束在切口間隙內(nèi)移動時，和前側(cè)的材料有相互的作用。此外，由于熔化切割下的激光束直接投射到工件材料斜面上，其形成的射角比較大，所以吸收激光的能量之后不能立即熔化，此時要逐一完成，且最終切割后會產(chǎn)生波浪紋的形式[2]。

（3）反應(yīng)熔化切割。該技術(shù)的應(yīng)用就是利用激光束達到工件表面的燃點，然后通過工業(yè)純氧和材料形成氧化反應(yīng)，最終釋放出大量的熱量，切口的位置上，材料經(jīng)過氧化燃燒后會形成熔融氧化物，吹除之后形成切口的同時，還會存在比較多的熱量供給相鄰材料，讓其達到燃點的要求，此時就可以確保反應(yīng)熔化切割的順利進行。該技術(shù)所使用的激光功率更小，只有汽化切割的1/20左右，目前已經(jīng)成為鋼、鈦等材料的切割主要技術(shù)。

3 激光加工技術(shù)在機械制造中的應(yīng)用

隨著科技的發(fā)展和進步，激光切割技術(shù)水平也有了很大的提升，并且不斷地應(yīng)用于機械制造領(lǐng)域內(nèi)，下面介紹幾種常見的技術(shù)。

（1）激光加工技術(shù)在板材切割下料領(lǐng)域的應(yīng)用。激光切割的原理就是通過激光振蕩器形成的激光光束利用聚焦鏡進行聚焦，然后會形成高密度的能量直接照射到材料的表面，讓其經(jīng)過熔化蒸發(fā)，然后完成加工的過程中。和其他熱切割方式對比，由于激光的單位能量非常大，因此可以實現(xiàn)高精度的切割。

在當前的板材加工領(lǐng)域內(nèi)，最為主要的激光切割技術(shù)包含兩種，即CO2激光切割機和光纖激光切割機。CO2激光切割機的研發(fā)和應(yīng)用時間比較長，先進性不如光纖激光切割技術(shù)，波長大約是光纖的1/10。傳播通常是和外界空氣隔離的光路內(nèi)完成的，光纖激光在光纖內(nèi)傳播，通過性良好、能量聚集比較高，熱影響很小，切割線的寬度更小，加工的效率也更高，因此可以有效提高材料的利用率，防止發(fā)生熱變形的問題。除了常規(guī)的激光切割下料技術(shù)之外，激光切割技術(shù)應(yīng)用到圓孔切割、預(yù)留孔工藝豁口、工藝樣板制作等方面有著非常明顯的優(yōu)勢，替代鉆孔的方式進行加工，工作效率大幅提升，還可以減少模板的成本[3]。

（2）激光加工技術(shù)在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用。傳統(tǒng)機械焊接技術(shù)應(yīng)用最廣泛的方式就是氣體保護焊、埋弧焊、氬弧焊等方式，所形成的焊接產(chǎn)品缺陷比較多，導(dǎo)致的變形問題也非常的嚴重，同時焊接弧光的存在容易導(dǎo)致光污染，也會有粉塵污染的問題，威脅作業(yè)人員的生命健康。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進步，使工業(yè)生產(chǎn)中焊接質(zhì)量、效率的提升效果明顯，還能夠降低人員勞動強度，并且已經(jīng)全面應(yīng)用到機器人焊接、流水線作業(yè)等工序內(nèi)。

在研發(fā)之初，因為激光功率比較低、激光焊接技術(shù)水平較低，并不能對于中厚板、厚板進行加工。但是隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對中厚板激光焊接技術(shù)的全面試驗不斷增加，并且形成了高功率激光深熔焊、電弧復(fù)合焊、超窄間隙多層填絲焊以及真空負壓激光焊等多種焊接方法。激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)在機械起重機臂架上實現(xiàn)有效的應(yīng)用，可以直接把能量傳輸機制和物理特性兩種完全不同的熱源復(fù)合利用，實現(xiàn)統(tǒng)一焊接作業(yè)，把兩種熱源的優(yōu)勢完全展示出來，焊縫熔深大、間隙搭橋能力好、焊接速度非?？?，可切實提升加工效果。

例如，汽車起重機伸臂材質(zhì)為屈服強度960 MPa的高強鋼，采用激光-雙絲MAG復(fù)合焊接。與傳統(tǒng)焊接技術(shù)相比，該技術(shù)可以適應(yīng)多種條件的應(yīng)用，尤其是高反射、難焊接、異種材料方面效果非常好；焊接穩(wěn)定性好，提高焊接變形，避免發(fā)生焊接缺陷問題，促進焊接質(zhì)量的提升；工作效率提升3倍以上，較之單一熱源焊接來說，復(fù)合焊接可以增加熔深50%，促進焊接速度的提升，以較小的輸入可以完成焊接作業(yè)；填充效率高，焊絲節(jié)約30%左右。

（3）激光加工技術(shù)在再制造領(lǐng)域的應(yīng)用。隨著機械再制造領(lǐng)域的發(fā)展，其可以實現(xiàn)能源的節(jié)約，符合我國綠色發(fā)展的戰(zhàn)略，同時還能夠保證再制造之后的產(chǎn)品性能和新產(chǎn)品是完全一致的，而成本卻可以降低2/3，因此企業(yè)也比較愿意投入。零部件再制造主要是針對某些損壞的零部件加工，目前最為關(guān)鍵的就是高效激光堆焊技術(shù)，其原理就是通過高密度、高功率的激光束進行加工，在基體的表面形成微熔層的結(jié)構(gòu)，然后預(yù)置或者同時加入規(guī)定成分的直熔合金屬材料，可以有效促進磨損部件的修復(fù)處理，實現(xiàn)材料的再制造。該技術(shù)的靈活性非常好，對于零部件堆焊材料可以任意選擇，實現(xiàn)差異化產(chǎn)品加工的要求[4]。比如大功率推土機底盤履帶漲緊彈簧筒在工作中發(fā)生嚴重的磨損問題，再制造環(huán)節(jié)可以對磨損的部位使用激光熔覆增材處理，加工完成后，從多個方面進行檢測，發(fā)現(xiàn)硬度完全合格，熔覆狀態(tài)層硬度梯度合理，金相組織達到規(guī)定要求，使用壽命延長約30%，同時具備較高的經(jīng)濟效益，避免材料或者部件的浪費，綜合效益好。

（4）激光加工技術(shù)在質(zhì)量管理領(lǐng)域的應(yīng)用。ISO9000質(zhì)量管理體系中對于零部件實施全過程的監(jiān)控和管理，讓產(chǎn)品質(zhì)量有可追溯性。機械廠進行零件的可追溯管理，通常需要在零部件上增加永久性的標識，直接標注好產(chǎn)品的名稱、物料號、圖號、廠家、日期以及二維碼等信息，傳統(tǒng)打標技術(shù)是氣缸持續(xù)性沖擊零件，然后形成運動軌跡，這種方式的缺陷就是噪音大、字跡模糊以及標牌易變形等。而激光打標技術(shù)可以實現(xiàn)無接觸加工，在零部件表面形成圖文標記。該方式的主要優(yōu)勢是①加工速度比較快，與傳統(tǒng)方式對于提升約11倍；②字跡清晰，只需要電腦排版制作，再復(fù)雜的圖案都能夠直接打出來，效果非常好；③無接觸加工，不會產(chǎn)生污染問題，也不會給工件造成損傷，完全滿足可追溯的要求。

4 結(jié)束語

盡管當下激光加工技術(shù)日趨成熟，且被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代加工制造領(lǐng)域，然而，在我國全面開展技術(shù)創(chuàng)新的背景之下，激光生產(chǎn)廠家需積極研發(fā)出更高水平的激光設(shè)備，切實提升機械制造加工的總體水平。未來激光技術(shù)必然會有更加廣闊的發(fā)展空間，為我國機械制造領(lǐng)域的全面發(fā)展助力。