金屬材料加工工藝中應(yīng)用激光技術(shù)分析

顏芳娟

（鄭州商業(yè)技師學(xué)院，河南 鄭州 450000）

從現(xiàn)階段的發(fā)展而言，激光技術(shù)已經(jīng)被運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域，比如，科研、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等等。激光同樣被運(yùn)用在材料加工中。激光憑借其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，成為金屬材料加工中必不可少的因素，并在未來(lái)的金屬材料加工中擁有更大的遠(yuǎn)景。

一、激光技術(shù)在金屬材料中的加工優(yōu)勢(shì)

（一）機(jī)床綜合利用率高

在金屬材料加工中，工作人員可以運(yùn)用激光，在同一臺(tái)機(jī)床上開(kāi)展多種加工形式，比如，對(duì)金屬表面進(jìn)行處理，進(jìn)行相應(yīng)的切割等等。這些工藝可以同步進(jìn)行，也可以結(jié)合具體的實(shí)際加工工藝要求分步進(jìn)行。這說(shuō)明人們?cè)谝欢ǔ潭壬弦呀?jīng)掌握激光技術(shù)的特性，并將之運(yùn)用在實(shí)際生產(chǎn)中，達(dá)到提升機(jī)床綜合利用率上。

（二）降低金屬加工時(shí)間

工作人員可以運(yùn)用激光技術(shù)進(jìn)行各種加工工藝，比如，進(jìn)行打孔，進(jìn)行切割，進(jìn)行焊接。此外，激光技術(shù)可以大大提升金屬材料加工時(shí)間。以切割為例，傳統(tǒng)切割時(shí)間是激光切割時(shí)間的15 倍。

（三）保障金屬加工質(zhì)量

非接觸式的加工方式是激光加工的主要特點(diǎn)。這種特點(diǎn)具有能量密度高的優(yōu)勢(shì)，可以提升切割的效率。與此同時(shí)，這種加工方式可以在單位時(shí)間內(nèi)，將能量準(zhǔn)確控制在某一位置，也能控制能量的大小，增強(qiáng)零件加工的準(zhǔn)確率，可以提升加工的質(zhì)量，降低加工的成本，提升原料的運(yùn)用效率。

（四）使用條件多樣

本文的激光使用條件多樣主要體現(xiàn)在兩方面。方面一，材料種類的多樣性。人們可以將激光技術(shù)，運(yùn)用在各種材料上，比如，高硬度材料、高強(qiáng)度材料等等。方面二，應(yīng)用環(huán)境的多樣性。人們可以將激光技術(shù)運(yùn)用在大氣環(huán)境中，也可以運(yùn)用在真空環(huán)境中。這種特性為激光技術(shù)能夠大范圍的普及帶來(lái)了可能。

二、激光技術(shù)在金屬材料中的運(yùn)用狀況

在現(xiàn)階段，激光技術(shù)主要運(yùn)用在對(duì)金屬材料的焊接、打孔、打標(biāo)、切割和表面熱處理。本段對(duì)上述四種方式的藝術(shù)處理方式，從實(shí)際運(yùn)用的角度，進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，旨在為從業(yè)人員提供參考。

（一）焊接

根據(jù)焊接對(duì)象的不同，將焊接分為兩種形式。形式一，傳導(dǎo)焊。這種焊接工藝主要運(yùn)用在電子電氣行業(yè)；形式二，深溶焊。這種工藝主要運(yùn)用在機(jī)械制造上。激光焊接具有堅(jiān)固性強(qiáng)的特性。激光焊接可以運(yùn)用在汽車行業(yè)和制造行業(yè)，其中的汽車行業(yè)應(yīng)用最為明顯。激光焊接可以運(yùn)用在焊接傳動(dòng)軸上。通過(guò)統(tǒng)計(jì)我們發(fā)現(xiàn)：汽車中將近七成的傳動(dòng)軸為激光焊接件。這種焊接件的使用壽命長(zhǎng)，且具有較高的使用價(jià)值，生產(chǎn)成本較低。除了激光焊接件外，這種技術(shù)還可以運(yùn)用在激光焊接組合件上。激光焊接組合件是指：將分散的平板工件，進(jìn)行焊接和沖壓，形成相應(yīng)的產(chǎn)品。這種工藝具有三種特點(diǎn)。特點(diǎn)一，平板工件的使用效率高；特點(diǎn)二，焊接組合件性能高；特點(diǎn)三，焊接組合件的重量輕。此外，我們還發(fā)現(xiàn)：激光焊接技術(shù)可以運(yùn)用在制造行業(yè)。比如，運(yùn)用在量具、刀具的制作上。以鋸片的制作為例，我國(guó)運(yùn)用激光焊接技術(shù)，制作相應(yīng)的鋸片，可以滿足我國(guó)市場(chǎng)的需求，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)外出口。

（二）切割

木模板、電梯控制板以及儀表板是常見(jiàn)的集中激光切割工藝的產(chǎn)品。這些加工的產(chǎn)品是一些較薄的材料。我國(guó)并未掌握運(yùn)用激光技術(shù)，切割厚的材料的工藝。激光切割主要運(yùn)用在汽車組裝生產(chǎn)線上。激光切割的優(yōu)勢(shì)在于：它可以進(jìn)行精密零件的制作；擺脫金屬膜的依賴；提升加工的質(zhì)量和數(shù)量。與此同時(shí)，激光切割也可以運(yùn)用在機(jī)械制造工業(yè)。切割器是最為常見(jiàn)的激光切割運(yùn)用實(shí)例。在生活中，我們常常看到二氧化碳激光器。這種激光器制定切割最大厚度為8 毫米的不銹鋼，以及最大厚度為12 毫米的普通鋼。

（三）打孔

人們可以運(yùn)用激光打孔，控制加工工藝的精度，減少不必要的能源消耗，提升加工工藝的效益。激光打孔已經(jīng)成為現(xiàn)階段，最為重要的加工工藝。隨著時(shí)間的發(fā)展，激光打孔工藝的技藝不斷提升，也不斷運(yùn)用在更多的行業(yè)以及不同的加工材料上。激光打孔工藝不斷提升的表現(xiàn)在于：孔徑越來(lái)越小，精度越來(lái)越高，性能越來(lái)越強(qiáng)。精確的打孔工藝可以運(yùn)用在各種場(chǎng)景，產(chǎn)生不同的效果，比如，運(yùn)用在飛機(jī)上。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試發(fā)現(xiàn)：假如在機(jī)翼上打出5 萬(wàn)個(gè)半徑為0.032 納米的小孔，則飛機(jī)在飛行的過(guò)程中可以減少相應(yīng)的阻力，降低將近百分之四十的油耗。此外，這種高精度的加工工藝也同樣運(yùn)用在鐘表制造行業(yè)，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。在鐘表制造行業(yè)的產(chǎn)值為23 億。隨著時(shí)代的發(fā)展，這種工藝被運(yùn)用在更多的行業(yè)，比如，食品加工，或是醫(yī)藥制造等等，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

（四）打標(biāo)

激光打標(biāo)的原理是：通過(guò)使用一系列的化學(xué)反應(yīng)，對(duì)激光局部進(jìn)行照射，并形成永久性的標(biāo)識(shí)。為了達(dá)到這種效果，工作人員需要運(yùn)用高能量的激光。在現(xiàn)階段的工業(yè)生產(chǎn)中，激光打標(biāo)主要運(yùn)用在技術(shù)制品的標(biāo)記制作上。常見(jiàn)的運(yùn)用激光打標(biāo)的金屬制品有軸承、量具以及刀具。值得注意的是，激光打標(biāo)并未影響物品的使用性能。此外，隨著激光打標(biāo)技術(shù)的不斷完善，激光打標(biāo)開(kāi)始運(yùn)用在一些非金屬物品上，比如，陶瓷、玻璃以及大理石。隨著打標(biāo)工具功率的提升，打標(biāo)的深度逐漸提升。這也使打標(biāo)技術(shù)也成為最為受歡迎的一種防偽標(biāo)志。

（五）表面熱處理

激光熔覆與合金化和激光表面硬化是兩種常見(jiàn)的激光表面處理方式。在激光熔覆與合金化中，工作人員主要將這種工藝運(yùn)用在提升材料的耐磨性以及抗腐蝕性上。該種工藝的加工的材料具有熔點(diǎn)低的特點(diǎn)。這種低熔點(diǎn)的材料可以在激光溶入與合金化的過(guò)程中，更為高效地成為高熔點(diǎn)合金，具有較強(qiáng)的材料性能。值得注意的是，合金化與激光熔覆合金化具有相同的運(yùn)用目的，比如，兩者運(yùn)用在激光表面化的處理中。就現(xiàn)階段而言，激光熔覆合金可以提升工件的制作效率，并運(yùn)用在鑄鐵模具、氣門(mén)、閥門(mén)以及齒輪表面上。在激光表面硬化這項(xiàng)工藝中，工作人員在運(yùn)用這項(xiàng)工藝時(shí)，可以增強(qiáng)加工工件馬氏體的量，提升零件的耐磨性以及抗疲勞強(qiáng)度，比如，同樣的一塊鋼，經(jīng)過(guò)激光表面硬化處理的鋼比未經(jīng)過(guò)處理鋼的硬度明顯增強(qiáng)。此外，工作人員在運(yùn)用激光表面硬化技術(shù)，提升鋼的硬度時(shí)，還能降低相應(yīng)的消耗。除此之外，這種工藝可以運(yùn)用在汽車的相關(guān)配件的制作上，比如，缸套、曲軸、凸輪軸等等。這些并激光表面硬化的配件不僅價(jià)格便宜，而且使用壽命長(zhǎng)。

三、激光技術(shù)在金屬材料加工中的運(yùn)用前景

激光技術(shù)并未與科學(xué)技術(shù)進(jìn)行充分地融合，將激光技術(shù)的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到極致。在此，本文注重以信息技術(shù)為載體，對(duì)信息技術(shù)與激光技術(shù)進(jìn)行融合，并運(yùn)用在未來(lái)的生產(chǎn)中，展開(kāi)三大聯(lián)想，旨在可以促進(jìn)金屬材料加工工藝的良性、可持續(xù)發(fā)展。

聯(lián)想一，構(gòu)建完善的激光技術(shù)加工數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)像是激光技術(shù)的“眼睛”。激光技術(shù)具有較強(qiáng)的可控性。這種可控性指的是：工人可以控制激光的能量、時(shí)間和空間，并完成相應(yīng)的金屬加工操作。這也是激光技術(shù)的優(yōu)勢(shì)之處。但是，在實(shí)際運(yùn)用激光進(jìn)行金屬材料的加工生產(chǎn)中。由于人具有較強(qiáng)的主觀因素，他們難免會(huì)在數(shù)據(jù)的輸入上存在某種誤差，導(dǎo)致加工部件存在返修率高的狀況。加工數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建可以很好地解決此項(xiàng)問(wèn)題。數(shù)據(jù)庫(kù)像是激光技術(shù)的“地圖”。工人在進(jìn)行金屬加工的過(guò)程中，只需要對(duì)在數(shù)據(jù)庫(kù)中選用合適的數(shù)據(jù)，便可完成相應(yīng)的金屬材料加工，減少不必要的資源浪費(fèi)。在數(shù)據(jù)庫(kù)的建立過(guò)程中，專業(yè)人員可以依據(jù)加工的材料以及對(duì)象不同，構(gòu)建不同的數(shù)據(jù)庫(kù)，比如，根據(jù)材料不同，可以構(gòu)建鋼材料模塊、銅材料模塊；根據(jù)加工方式的不同，也可以制定相應(yīng)的模塊，提升工人的實(shí)際操作的精準(zhǔn)度。更為重要的是，工人可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行完善，比如，將新的加工金屬加工部件，加入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，或是對(duì)原有的數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，讓數(shù)據(jù)庫(kù)更好地為生產(chǎn)服務(wù)。此外，專業(yè)人員需要定期對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行維護(hù)，并結(jié)合實(shí)際的材料加工狀況，適時(shí)地完成數(shù)據(jù)控軟件的升級(jí)工作，提升激光技術(shù)的加工效率。

聯(lián)想二，提升同一機(jī)床的綜合加工能力

激光技術(shù)具有較強(qiáng)的可控性。結(jié)合激光的這種特性工人可以在合適的條件下，靈活的控制激光發(fā)射出的能量；在某一位置的停留時(shí)間；還有激光的具體位置，實(shí)現(xiàn)同一機(jī)床，進(jìn)行多種方式的加工能力。但是，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：由于當(dāng)前技術(shù)的局限，大部分機(jī)床存在單一化的生產(chǎn)模式，即同一機(jī)床只能進(jìn)行某一項(xiàng)的材料加工，比如，有些機(jī)床只能進(jìn)行激光打孔。這種狀況存在提升效率的可能。為此，專業(yè)人員需要研究控制激光技術(shù)的設(shè)置，真正讓每一臺(tái)機(jī)床，可以獨(dú)立生產(chǎn)各種各樣的金屬材料，真正實(shí)現(xiàn)同一機(jī)床可以進(jìn)行多種加工的目標(biāo)。此外，專業(yè)人員還要研究如何更好地提升單位時(shí)間內(nèi)，提高激光在某一位置的能量密度，也要思考如何在不同形狀的金屬表面，更為準(zhǔn)確地進(jìn)行相應(yīng)的金屬加工，比如，如何在球面，或是正方體表面進(jìn)行相應(yīng)的機(jī)床加工。為此，專業(yè)人員需要對(duì)激光的設(shè)置進(jìn)行深入研究，并將這種研究運(yùn)用在機(jī)床上，提升機(jī)床的綜合加工能力。

聯(lián)想三，提升激光技術(shù)加工的自動(dòng)化

激光技術(shù)的自動(dòng)化是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。這對(duì)于科技提出更高的要求。專業(yè)人員可以嘗試從以下幾方面入手，完成此項(xiàng)技術(shù)的突破，真正實(shí)現(xiàn)激光加工技術(shù)的自動(dòng)化，降低加工技術(shù)的故障率。方面一，構(gòu)建完善的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。為了提升激光技術(shù)精準(zhǔn)度，專業(yè)人員可以構(gòu)建相應(yīng)的“攝像頭”，感應(yīng)激光的行動(dòng)軌跡，還有激光的能量分布狀況以及激光照射的具體位置。與此同時(shí)，專業(yè)工作人員可以構(gòu)建預(yù)警機(jī)制，即在實(shí)際的控制過(guò)程中，對(duì)一些非人力所能控制的問(wèn)題時(shí)，及時(shí)進(jìn)行預(yù)警，減少金屬材料的返修率。方面二，構(gòu)建完善的數(shù)控技術(shù)。專業(yè)人員可以通過(guò)編程的方式，構(gòu)建一整套激光的運(yùn)行邏輯，并按著這種邏輯進(jìn)行相應(yīng)的部件加工，減少人工成本。此外，由于生產(chǎn)部件的復(fù)雜化，專業(yè)人員需要定期與一線工人溝通，了解程序存在的操作性問(wèn)題，并從專業(yè)的角度進(jìn)行程序的升級(jí)，或是優(yōu)化，提升部件加工的高效化。方面三，構(gòu)建完善的輔助技術(shù)。專業(yè)人員除了需要構(gòu)建上述兩項(xiàng)技術(shù)外，還需要構(gòu)建相應(yīng)的輔助技術(shù)，比如，測(cè)量加工場(chǎng)所的溫度、濕度以及清潔度，并進(jìn)行相應(yīng)信息的反饋?？偪刂蒲b置可以根據(jù)輔助技術(shù)提供的信息，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。此外，本文中的輔助技術(shù)還包括觀察技術(shù)，即在實(shí)際的生產(chǎn)中，這種輔助技術(shù)可以準(zhǔn)確判斷激光的運(yùn)動(dòng)路徑，及時(shí)預(yù)見(jiàn)可能性的錯(cuò)誤，并進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整，提升激光技術(shù)加工金屬材料的精確度。

總而言之，激光技術(shù)在未來(lái)金屬加工的生產(chǎn)中具有較強(qiáng)的實(shí)用性。專業(yè)人員需要在掌握激光技術(shù)特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合時(shí)代發(fā)展的需要，結(jié)合對(duì)各個(gè)材料特性的理解，并結(jié)合與一些員工的交流，真正構(gòu)建出高效性的激光運(yùn)用程序，促進(jìn)金屬材料加工的良性發(fā)展。