激光技术在金属材料加工工艺中的应用研究

文杨昊

（佳木斯大学材料科学与工程学院，黑龙江 佳木斯 154000）

在科学技术水平不断进步的当下，工业制造中对精度的要求越来越高。在这一背景下，如何快速加工高精度的金属部件成为金属材料加工企业需要解决的重要问题之一。在各种金属材料加工技术中，激光技术由于具有比较高的加工效率和加工精度，因而得到了比较广泛的应用[1]。在应用激光技术进行金属材料加工的过程中，需要针对加工技术的具体应用方法和应用策略进行研究。因此才能为激光技术的合理应用打下坚实的基础。

1 激光技术在金属加工中的应用原理

使用激光进行金属材料加工，最主要的应用原理就是利用激光具备的单色性、相干性和平行性特点，将激光聚集到需要切割或焊接的点上，并在这一基础上形成金属材料加工需要达到的高温。在这情况下，金属材料就会出现局部熔化，现象。而工人就可以利用金属的局部熔化进行精确的金属材料加工[2]。同时，使用特殊的设备能够对激光工作状态进行调整。因此，金属材料的局部熔化就能够得到比较精准的控制。而使用激光进行金属加工，最主要的原理就是利用激光直线传播特性以及能够形成高温的特点[3]。此外，使用激光进行金属材料加工的过程中，能够对激光的功率和密度进行调整，在此基础上，适应金属材料加工工作中的不同加工需求。

在金属材料加工工作中，工件变化形式的最主要影响因素就是激光的聚焦强度和操作手法。具体来说，在加工过程中，需要根据金属工件的尺寸、熔点、强度等因素的变化对激光聚焦的强度进行调整。只有这样，才能保证金属材料的加工精度和加工质量。

2 激光技术在金属加工中的应用优势

通过研究可以发现，激光技术之所以能够在金属材料加工中得到广泛应用，主要原因是该技术具有加工速度快、加工精度高和加工质量好等方面的优势。而在本文中，将针对上述几个方面的优势进行全面的分析和阐述。

2.1 加工速度快

与传统加工技术相比，激光技术在金属材料加工中的最主要技术优势就是具备较高的加工速度。而在激光切割方面，该技术的加工速度优势更加明显。通过对金属材料加工中的零部件加工进行调查可以发现，在钣金零部件加工过程中，激光器的功率与金属材料切割的速度成正比。在加工过程中，利用激光加工技术能够快速加工多种金属和非金属材料，利用激光技术，能够迅速加工复杂的零部件，且在这一基础上保证加工精度。此外，在传统的加工技术中，工人需要花费比较长的时间进行加工参数的设定和调整，而使用激光加工技术进行金属材料的加工，则能够有效缩短加工参数的设置和调整时间。因此，越来越多的金属加工企业认识到激光技术在加工速度方面的优势，并将激光加工技术应用到金属材料加工当中。

2.2 激光技术加工精度高

在使用激光技术进行金属材料加工的过程中，金属部件对切割或焊接技术的加工精度具有比较高的要求，在将激光照射到零件表面之后，工件表面会出现局部熔化。而激光技术的最主要技术优势之一，就是能够通过功率和密度的调整，对金属零件表面的局部熔化部位和熔化温度进行比较，同时进行精确的控制。与传统的焊接方式相比，激光焊接具有比较强的方向性。而在实施金属焊接和金属切割的过程中，激光的使用会减少焊接过程中产生的有害气体，并在这一基础上保护工作人员的健康与生命安全。此外，由于能够对金属材料的局部熔化进行比较精准的控制，因而金属工件的其他部位并不会由于温度升高而产生性能变化。在这一基础上，焊接的精度和金属材料的性能就能够得到更加稳定的保障。

2.3 加工质量好

在具备较高的加工精度的基础上，激光技术能够进一步提升金属材料的加工质量。具体来说，首先，在使用激光进行金属材料加工的过程中，由于激光的温度较高，因而能够对熔点较高的金属材料进行快速且精准的切割和焊接。在这一基础上，部分熔点较高的金属材料就能够得到更加精准和高质量的加工。其次，使用激光技术进行金属材料加工，能够在最大程度上对金属材料局部熔化的规模加以控制。因此，在进行切割或焊接加工之后，金属工件表面形成的毛刺就比较少。因此，在完成激光加工之后，不需要对金属工件进行长时间的精加工。从这一角度上看，激光技术不仅能够提升金属加工的质量，而且能够提升金属加工的效率。

3 激光技术在金属加工中的具体应用

通过研究发现，与传统的金属材料加工技术相比，激光技术具有比较大的技术优势，因而具备了比较大的应用价值。而在应用激光技术进行金属加工的过程中，该技术主要用于深熔焊接、传导焊接、激光切割三个方面。根据具体加工内容，可以将上述加工技术分为切割技术和焊接技术两种具体类型。而在本文中，将针对上述三种激光金属材料加工技术进行全面研究和阐述，并在这一基础上阐述上述技术的具体应用方法和应用价值。

3.1 深熔焊接

在使用激光进行金属加工的过程中，深熔焊接技术主要用于机械制造领域。在使用深熔焊接技术时，需要将激光功率密度调整到适合其焊接操作的范围。具体来说，深熔焊接的功率密度以102-104KW/cm2为最佳。在将功率密度调整到上述范围内之后，激光的功率输入速度就会超过热导的传输速度，并且前者的数据指标将会远远超过后者。在这一前提下，使用激光照射工件表面，就会导致工件材料表面迅速气化，并在这一基础上产生小孔。之后，激光束会顺着小孔不断向下传输，同时促使金属工件产生比较精准和快速的熔化。在这一过程中，直接接受激光照射的金属工件会产生熔化现象。而不直接受到激光照射的金属工件表面并不会产生熔化，其温度也不会出现大幅度的提升。此外，通过对该技术的应用价值进行分析可以发现，使用该技术进行金属材料的焊接，能够在保证加工精度的基础上有效提升加工效率和质量。从这一角度上看，该技术在金属材料加工中具有比较大的应用价值。

3.2 传导焊接

在各种类型的激光焊接技术中，传导焊接也是一种比较常见的技术，该技术又名热传导焊接技术。该技术属于激光焊接技术中最常见，也是应用最为广泛的一种类型。该技术的最主要应用原理就是使用激光直接对金属工件表面进行照射，获得比较高的温度，并在这一基础上实现对金属工件的有效焊接。在照射金属工件表面之后，由于金属存在热传导特性，因而表面的高温会逐渐传导到金属工件内部。在零件表面和内部温度均达到熔点以上之后，就会出现熔池。在这一基础上，金属工件的焊接工作就能够完成。与深熔焊接技术相比，传导焊接的应用范围更加广泛。但是在加工精度和加工质量方面，该技术还存在比较大的提升空间。因此，传导焊接主要适用于对金属加工精度要求你相对较小的金属加工。

此外需要看到，深熔焊接和传导焊接均属于激光焊接技术。与传统的金属焊接技术相比，激光焊接技术具备的主要技术优势包括加工成本低、焊接质量好两方面的技术优势。同时需要看到，在进行金属材料加工的过程中，采用激光焊接技术进行工件焊接还能够保证金属工件内部得到充分焊接，在此基础上，焊缝的抗拉强度、屈服强度等指标数据都能够得到进一步提升。但是与传统的焊接设备相比，激光焊接技术设备的采购成本相对较高，因此，金属加工企业需要根据自身的实际情况选择适合自身特点的金属焊接技术。

3.3 激光切割

在激光金属加工技术中，激光切割是与激光焊接相对的一种技术表现形式。在当下，金属材料加工企业主要使用聚焦镜实现激光的聚焦，并在这一基础上利用经过聚焦之后的激光对金属工件表面进行照射和切割加工。在进行切割过程中，由于激光经过了聚焦，因而其产生的光辐射强度更高。这一特性就会导致工件表面快速形成接近甚至超过金属熔点的温度。在工件表面温度达到熔点之后，金属就会发生局部熔化，并在这一基础上完成金属切割。在切割过程中，金属工件的移动速度需要控制在70 米/分钟左右。最主要的原因是由于速度过快会导致激光发生偏移，而移动速度过慢则会造成能源浪费，同时加大安全风险。通过对金属切割技术的应用范围进行调查研究发现，在金属材料加工工作中，激光切割技术的应用范围相当广泛。具体来说，首先，除了极少数熔点非常高或者化学性质非常不稳定的金属材料外，激光切割技术可以对大多数金属材料进行切割。因此，在汽车制造、电子元器件加工等领域，激光切割技术具有比较大的应用价值；其次，由于激光照射会导致金属工件表面快速产生比较高的温度，因而激光切割技术能够对大多数尺寸的金属工件进行切割加工。

4 结论

综上所述，在金属材料加工工艺中，激光技术是比较先进的加工技术，其应用范围也比较广泛。在汽车制造、机械加工等领域中，激光技术都得到了比较广泛的应用。与传统的金属材料切割和焊接技术相比，激光切割与焊接技术不仅加工速度好，而且有比较高的加工质量和加工精度。因此，其在金属材料加工中具有比较大的应用价值。而在应用激光技术进行金属材料加工时，主要的技术应用方式包括传导焊接、深熔焊接和金属切割三种。在本文所述当中，重点阐述了上述三种激光金属加工技术的应用方法和应用价值。同时，在研究过程中对不同类型的激光技术在金属加工中的优势和技术缺陷进行了比较全面的研究和阐述。通过本研究，一方面希望推动激光加工技术得到更加广泛的应用，另一方面则希望能够促进激光技术应用水平的进一步提升。