关于激光加工技术的简要分析

关于激光加工技术的简要分析

高国友

（广州广日电气设备有限公司）

摘要：随着市场竞争压力的不断加大，传统的钣金工艺已无法满足市场的需求。为了改变这种情况，迫切需要一种新的处理方式。激光加工技术是一种全新的无模具加工技术。激光加工技术在钣金加工中的应用可以节省大量模具，缩短生产时间，降低生产成本，提高产品精度。它是一种满足市场发展需求的新型工艺技术。本文简要分析了激光加工技术的优势，并简要介绍了相关的激光加工技术。

关键词：钣金工艺；激光

一、激光技术的应用优势

1.效率高。目前，激光切割是应用最为广泛的激光技术，应用于多个领域中。在汽车制造业中，主要应用激光技术切割钣金零件，不仅可以优化汽车零部件结构，还可以提高汽车的基本性能，在一定程度上降低了汽车的油耗。在航天工业中，主要应用激光技术切割铝合金。激光技术的广泛应用在一定程度上推动了工业和制造业的发展。随着激光束质量的快速提高，激光技术也广泛应用于钣金加工中。激光技术可以切割以下性能的钣金：一是高硬度，二是高脆性，三是高熔点，这也是传统切割技术所做不到的。激光技术在应用的过程中不会对环境造成污染，而且切割的效率非常高，可以在短时间内完成切割任务，适应性也非常强。

2.无污染。激光技术实际上就是把光斑直接照射到需要切割的物件表面，并通过激光斑和物件之间的相互作用使物件的表面在短时间内熔化。相比于传统的切割技术，激光技术属于新型高能加工技术，应用的过程不会对环境造成污染，减少能源的消耗，降低企业的材料加工成本。比如：3D激光技术主要应用于切割高强度的钢材料，对钢材料的毛边进行精细处理。如果钢材料的强度比较大，就必须使用3D激光技术。在应用激光技术的过程中，低热输入是激光技术的一大应用优势，因为很多材料在遇到高温时性能会发生变化。激光技术在焊接钣金时不会对材料的外形造成影响，可以达到极高的精准度，而且激光焊接可以缩短焊接的宽度，提高了焊接的美观度。

二、相关的激光加工技术

1激光切割技术

激光技术使用光斑直接聚焦在金属材料上，并熔化金属材料，同时使用激光束气体把融化掉的金属材料吹走，保证激光束可以沿着设定好的轨迹切割，形成整齐的缝隙。激光切割技术是应用最广泛的激光技术，激光切割材料包括以下几类：一是有机玻璃，二是木板，三是塑料，四是不锈钢，五是碳钢，六是合金钢，七是铝板。在应用激光技术的过程中并不需要使用刀具，激光技术完全在计算机的操控下，可以实现任意形状的切割。激光切割实际上就是应用高功率密度来实现切割任务。在计算机的操控下，激光器通过脉冲放电，并输出激光，产生一定的频率和光束，光束又通过传到聚焦在被切割的金属材料上，进而形成多个光斑。相比于传统的切割技术，激光切割技术具有以下特点：一是切割质量高，二是切割速度快，三是柔性高，四是适应性强。激光切割技术的精准度非常高，精准度控制在0.05mm，速度可以达到每秒切割10米，而且不会受到金属材料硬度的影响。

2激光打孔技术

激光打孔技术是最早大规模运用到实际生产中的激光加工技术。和电子束打孔、超声波打孔、电化学打孔、射流打孔、电火花打孔、机械打孔等方法相比，激光打孔技术明显表现出了通用性强、效率高、成本低、效果好的优良特性，孔的平均精度为±0.02mm，表面粗糙度Ra约为1.6μm，若是采用数控激光打孔，孔的精度能够达到5μm，精确度极好。

在钣金工艺中，激光打孔所采用的激光是功率密度为104至105KW/cm2的脉冲激光，作用时间只有0.01至1μs，能够加工出直径为1μm的小孔。激光打孔技术不仅能够精准地打出与表面成各种不同角度的孔，而且对薄壁材料、复合材料、脆性材料、粘性材料等各种不同性质材料的工件都能够打深小孔和微小孔。

在用激光技术对钣金工件打孔时，孔直径的大小主要取决于激光聚焦光斑的大小，通常可以通过激光的功率密度和钣金工件的热系数计算得到固体激光打孔的最大孔深。不是所有的工件都适合采用激光打孔。对于那些激光反射能力强、导热性能好、熔点高蒸汽压力低的工件，采用激光打孔效率很低；激光打孔的孔径一般都在1μm至1.524mm之间，当孔径大于1.524mm时，应该采用激光套料法打孔；在加工大孔和台阶孔时，不能采用激光打孔。

3激光焊接技术

激光焊接技术近年来迅速发展并广泛应用于航天、航空、汽车工业中，可以焊接各种金属、合金、复合材料和陶瓷材料。与传统的焊接方法相比，激光焊接方法可使单位长度的焊缝在瞬间迅速获得更大密度的能量，焊接速度更快，焊缝受到热量和形变的影响更小，焊接头的物理力学性能不会因焊接而变差。

当功率密度为100至1000KW/cm2的激光作用在钣金上，进行激光焊接的过程为：金属熔化→产生液态熔池→形成空洞→金属汽化→蒸汽压力扩张→形成焊缝。激光焊接的焊缝深度及形状受钣金的热力学性能影响。一般情况下，激光束与液态熔池外表面张角在70°左右时能量密度最大，焊缝深度也最大，此时连续激光焊接速度V与焊接深度H形成正比例关系。当激光焊接的输出功率在0.1至5KW之间时，焊机速度V与输出功率P呈线性关系。

4激光成形技术

激光成形技术作为一种无模具成形的新技术近年来已有所发展。传统的钣金工艺成形方法有冲裁、弯曲和挤压等，但这些方法对模具的依赖性很强，而激光成形技术让钣金工艺实现了无模具生产的可能，目前常用的激光成形技术有激光冲击成形技术和激光弯曲成形技术。

激光冲击成形技术是指利用激光对钣金工件的覆盖层进行照射，通过覆盖层受热蒸发产生冲击波而达到使工件发生塑性形变目的的技术。在对工件进行激光冲击成形操作之前，需要做以下准备工作：首先，在工件表面涂一层不透明的材料，如黑漆，形成覆盖层；然后，在覆盖层上方覆盖一层透明物质，比如水，形成透明层。然后使用激光照射，激光透过透明层照射在覆盖层上，覆盖层吸收了激光的能量，一部分覆盖层材料受热蒸发后，仍然吸收着激光的能量，激光的能量转化为蒸汽的内能，蒸汽立即变成了高压气体。由于透明层的限制，高压气体形成冲击应力波，一部分作用在工件上，使工件发生形变，另一部分穿透透明层作用在工件表面，使得表层产生残余压应力，使工件表面得到强化。虽然在这个过程中会有大量的热量产生，但是一般工件表面温度只有150摄氏度左右，而且持续的时间也只有零点几秒，材料的微观结构没有改变，激光冲击成形技术是一种冷加工工艺技术，适合用于自动化生产中。

激光弯曲成形技术是指钣金工件的局部表面在激光光束的照射下受热，再使用冷却水等冷却介质将工件迅速冷却，使局部产生温度应力而产生形变的技术[3]。激光弯曲成形所需要的时间长短取决于工件的材料特性和工艺参数，零件的形变方式和形变程度是由计算机程序来控制的，故激光弯曲成形工艺中，要注意及时维护计算机数据库和物理影响因素库，确保信息的准确性和完整性。

5激光刻蚀技术

由于激光刻蚀技术具有高效、节能、环保、无接触、无磨损、灵活性高、标记永久的特点，激光刻蚀技术已广泛应用于材料加工、制造、测绘、科研等众多领域。在钣金工艺中，若是要用激光刻蚀出理想的标记或符号，只需要在控制系统中设置好程序和参数即可达到目的，产品完全由设计思路来控制，可做到成本可控，产品可控，经济效益显著，而且全过程无污染，也符合绿色环保的要求。

结束语

总之，加强激光技术在金属加工中的应用是一项非常系统的工程。为了巩固项目的基础，提高项目的有效性，必须注意以下几点：首先，要清楚地了解激光技术在钣金加工中的必要性和重要性；其次，需要综合分析激光技术在钣金加工技术中的应用现状。最后，有必要科学地了解在钣金加工技术中增强激光技术的应用途径。只有这样，我们才能最大限度地发挥激光技术的有效性，真正实现钣金加工的又好又快发展。

参考文献：

[1]刘淑敏，椽度仁.激光加工技术的地位、特点和发展趋势[J].国外激光，2016.

[2]李建锋.激光在钣金工艺中的应用[J].航空工艺技术，2015.

[3]周鹏飞，卞正其，王亮.数控激光切割机探讨[J].金属加工（热加工），2015.