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激光加工技术在工程机械制造中的应用与发展趋势

发表时间：2020/8/4 来源：《基层建设》2020年第10期作者：宋东东王希远

[导读] 摘要：经济的发展带动各行各业快速发展，激光技术是一门综合技术，在汽车、机械制造、航空航天、电器电子等国民经济重要部门中都有所应用，主要涉及了光、电、机、材料及检测等多门学科。

        中特科技工业（青岛）有限公司山东青岛 266000
        摘要：经济的发展带动各行各业快速发展，激光技术是一门综合技术，在汽车、机械制造、航空航天、电器电子等国民经济重要部门中都有所应用，主要涉及了光、电、机、材料及检测等多门学科。当今中国经济发展迅速，在经济发展建设中大量使用了工程机械，将激光加工技术应用于工程机械制造中，不仅有一个清洁无污染的环境和生产过程，还能够提高工程机械的质量。本文研究了激光加工技术在工程机械制造中的应用。
        关键词：激光加工技术；工程机械制造；应用；发展趋势
        引言
        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激光加工的特点
        激光加工起源于20世纪60年代的德国，其加工原理主要是利用激光器产生的高能粒子对工件的表面进行熔化和气化，并以此原理进行各种衍生加工技术。由于激光光束具有很好的稳定性和抗干扰性，并且对被加工件限制条件（如加工的形状、尺寸、环境）较少，因此可对大部分金属材料和非金属材料进行高质量、高精度加工。激光加工技术一直都是“高精尖特”的技术代表。其加工特点及优势总体来说，可以概况为“高、快、好、省、广”，具体内容如下：①高，激光加工精度高、加工效率高、材料利用率高、经济效益高。比如一台价格30万元的激光切割机，企业在正常加工的情况下，一年半时间就可以收回设备成本，并产生利润。②快，加工速度快，由于激光的能量介质是光源，因此其加工速度非常快，最高可达100m/min。目前，最先进的3G激光切割机，其速度是主流加工设备的1.5倍以上。③好，激光加工抗干扰性好，不容易受环境因素的影响，因此激光加工出来的零件质量非常好，精度可以和普通的机床精加工处于同一水平（微米级）。④省，激光加工的产品材料利用率高，比较省材料；据不完成统计，激光加工与其他加工技术相比，可节省材料10%-30%。另外，激光加工属于不接触加工工艺，因此设备所需要的耗材比较少，大大节约了生产成本。⑤广，激光加工的材料范围十分广泛，不仅可以加工金属材料，也适用于加工非金属材料。另外，激光加工材料形状比较广，直线、曲线、异形图案等都可以加工出来，真正实现无障碍加工。
        2激光加工技术在工程机械制造中的应用
        2.1切割方式
        激光切割是使用高性能的激光束投射工件，令照射位置温度急剧提高，工件气化后蒸汽迅速排出，在辅助气体的影响下排出液态材料及熔渣，产生切缝。激光切割能用来处理钢物质、铝合金、钛合金等工件，也能用来处理玻璃、陶瓷及塑料等物料。激光切割属于无接触制造，工件没有机械变化；激光束对没有激光照射的位置无影响或是影响很小，其热影响的范围小，材料热变化小，切口细小，切缝外表光滑美好，切割性能好。同时，激光切割迅速，柔性大，能够节约模具投资，减少加工成本。
        2.2激光焊接技术在工程机械制造中的应用
        激光焊接技术除激光切割技术外，激光加工技术也在工程机械制造中被广泛应用。激光焊接是一种焊接方法，其中加热工件使用类似激光的高能束作为热源，使材料熔化，以实现连接。激光焊接有时需要填充金属，是一种非接触式的焊接技术。根据材料的不同，使用相应的保护气体来防止熔池氧化。

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与传统的电弧焊相比，激光焊接技术是一种应用便捷，简单可靠，适应性强并且功能众多的精密焊接方法。在建筑机械中，激光焊接用于提高焊接强度。在减少焊接变形和焊接修正过程中，改善外观结构设计方面具有一定的优势和广阔的应用前景。在航空领域中，飞机的机身重量大大减轻，成本也降低25％左右，这就是应用了激光焊接铝合金取代传统的铆接工艺的技术。激光焊接在空中客车A318、A380和其他型号上的成功应用被誉为航空业的一项重大技术革命。中国巩水力团队突破了轻合金激光焊接关键技术，实现了大型薄壁结构T型接头双梁双面同步焊接，双梁激光填充复合焊接装置自主研发成功适用于某台机器。在肋板关键结构构件的焊接制造中，它在中国新飞机的发展中起着重要作用。在汽车工业中，激光焊接技术极大的有助于提高车身强度。由于激光焊接技术具有深度比大、热输入小的优点，汽车零部件在拼接过程中可以完美结合，实现功能与形状的完美结合。这一优势使得当前的工程机械，例如推土机和叉车，使用激光焊接技术以实现完美的焊接状态。借鉴汽车设计和制造的经验，工程机械产品的设计和制造将成为新技术的新趋势。
        2.3熔覆方式
        激光熔覆主要是把粉末状熔覆物料通过预置和同步模式放在基体外表，在高质量激光束的影响下，熔覆物料与基体外的表薄层熔化并迅速凝固进而出现一个外表改性涂层，这一涂层按照需要差异具备耐磨损、防腐蚀、抗高温、抗氧化等特征。激光熔覆几乎对基体没有热破坏、冷却迅速，涂层晶粒细致，熔覆层稀释较小，同基体是很好的冶金融合，粉末选取范围很大，容易实现智能化。激光熔覆目前主要使用在制造环节，来修复破损的产品与改性材料外表。如RollsRoyce企业最早利用激光熔覆方法对发动机实施硬面熔覆，大幅度提升了其硬度与抗磨损。美国AVCO企业对车辆排气门熔覆了Stellite合金，加大了排气门的抗磨损、防腐蚀与防冲击能力，节约了制造成本。激光熔覆方法还能够用作车辆换向器、齿轮等元部件加工。模具与轧辊加工方面也广泛采用激光熔覆方法提高外表硬度、抗磨性、抗高温等性能，延长使用时间。激光熔覆方法也成功用作修复发动器叶片、车辆曲轴、模具等元部件，修复后的元件性能能达到甚至超过新品，而成本却大幅度降低。
        3激光切割技术未来的发展方向
        现代激光制作加工技术与现代传统的切割焊接处理技术相比较，激光加工制造行业具备着诸多优势，例如技术人员可以将工件随意摆放，不需要进行人为的操作加工，提高了员工工作的安全性。此外在进行一些铝金合板的操作过程中，其速度要远远高于现在的机械切割速度。工件相比较原来，质量也得到显著提升。激光切割技术只需要在前期制定好相应的切割模式与与模具，辅以计算机控制，就可以使程序自己执行，最后得到误差率近乎为零的加工部件，而在我国激光加工技术的起步还是较晚，相对发展较于西方和国际一流水平也有较大的差距，其中在一些关键性的技术例如激光电源等，我国仍然存在着诸多的不足以及缺陷，企业使用激光切割技术也仅限于小规模，精密性元器件切割，对于一些普遍的切割技术还是采用传统的机械切割焊接。因此激光制造加工技术的主要未来发展趋势是智能化，自动化。在未来切割焊接热处理必将成为一个整体，他们会在人工智能控制下进行统一化的流水线操作模式，而多功能的激光切割中心是未来机械制造的核心。
        结语
        机械制造业市场竞争激烈，为了提高产品质量、提高品牌效应，必须采用效果非常好的技术。激光加工技术很精准，精度很高，非常适合应用于工程制造业，并且有利于促进我国工程制造业的发展。希望在工业生产过程中，不断改进和完善激光加工技术，更好地促进我国工程机械制造业的发展。
        参考文献：
        ［1］张建达．激光加工技术在工程机械制造中的应用探讨［J］．科学技术创新，2019（14）：164-165．
        ［2］陈章智．激光加工技术在工程机械制造中的应用浅析［J］．现代制造技术与装备，2018（11）：141+143．
        ［3］李英民．激光加工技术在工程机械制造中的应用探讨［J］．山东工业技术，2018（16）：43．