黄丽国
中车集团大同电力机车有限公司 山西省 大同市 037038
摘要：自“工业2025战略”提出以来，我国工业技术更新换代速度进一步加快，其中激光切割技术的出现显著提升了机械制造水平，为工业发展提供巨大支持。本文从激光加工的发展和特点入手，讨论激光切割技术在机械制造中的应用，并分析激光加工技术发展趋势，希望对相关研究带来帮助。
关键词：激光切割技术；机械制造；应用；发展
工程机械是机械制造行业的重要分支，主要特点在于结构强度高、功能复杂门类多。随着我国工业技术的不断发展，自动化技术、智能化技术以及焊接机器人的出现都让产品质量得到进一步提升，其中激光加工技术作为绿色环保的技术，受到行业广泛关注。
一、激光加工的发展和特点
激光加工最早出现在上世纪60年代的德国，这种加工技术主要是利用激光器产生的高能粒子，通过熔化和汽化作用处理工件，激光光束具有抗干扰性强、稳定性好的特征，可以减少工件形状尺寸带来的影响，所以目前广泛用于金属材料以及非金属材料的高精度加工。激光加工技术具体特征如下：其一，加工效率高、经济效益高，以一台价格30万的激光切割机为例，在正常加工情况下一年半即可回收成本，并且产品质量要比普通加工技术更为精良；其二，加工抗干扰性好，最大程度减少环境因素的影响，相较于普通机床激光加工的加工零件质量更高，可以达到微米级；其三，激光加工速度更快，激光是一种能量介质光源，其最高加工速度每分钟达100米，目前3G激光切割机达到主流加工设备1.5倍；其四，材料利用率高，据有关统计，激光加工相较于其它加工技术可节约耗材10%-30%，这是由于激光加工不接触工件，所以设备消耗更小，能够节约生产成本；其五，激光加工材料范围更广，不仅针对金属材料，还可以用于非金属材料加工，所加工的材料不论是直线、曲线或者异形图案都可以达到加工目标[1]。
二、激光切割技术在机械制造中的应用
（一）在板材切割下料领域中的利用
激光切割借助激光振荡器输出的激光光束，在聚焦镜的作用下产生高密度能量，然后在材料上融化蒸发，进而达到切割效果，由于单位面积能量大可以用于切割割缝更小的高精度产品中。比如某企业的精细等离子切割、平板坡口切割、光纤激光切割、管相贯线切割钻切复合一体机可以为约翰迪尔、小松等国内外工程机械厂家下料，其中该企业的二维激光切割机，三维激光切割机的下料产品厚度为1-25毫米的板材或者型材，切割下料范围从普材Q235A到1000MPa高强度板，每年可下料2万吨。当前工程机械板材加工行业主要利用激光切割机为二氧化碳激光切割机以及光纤激光切割机，其中二氧化碳激光切割机是早期产品，波长大约是光纤的1/10，在传播过程中与外界隔离空气光路同步。光纤激光在传播过程能量数更高，通过性更好使得热量影响和切割范围更小，有利于提升板材利用率和下料效率[2]。
（二）在焊接领域中的利用
传统的工程机械焊接技术以埋弧焊、氩弧焊、气体保护焊等形式为主，焊接的产品存在飞溅、变形量大等问题，并且焊接弧光和灰尘会对操作人员健康构成威胁，随着技术发展工业企业在提升焊接质量、减少人员操作方面进行了深入研究，逐渐在汽车工业当中利用机器人焊接和柔性制造理念。
早期激光功率不足以及激光焊接技术的限制，无法对中厚板以及超厚板为主的工程机械产品中进行利用，近年来我国部分高校对中厚板焊接技术进行大量研究，形成了电弧复合焊、高功率激光深熔焊、超窄间隙多层填丝焊等多种焊接方法，其中在工程机械起重臂中利用激光电弧复合焊技术十分成功，比如在汽车起重臂的高强度钢材焊接中利用。激光-双丝MAG复合焊接，相较于传统的焊接方法有效提升了焊接适应性，并且可以在高反射以及难以焊接的异种材料中得到利用，有效提升焊接的稳定性，消除焊接质量缺陷，焊接效率提升300%。相较于单一热源的焊接方法复合焊接提升了熔深50%，并且焊接速度更快，可以节约30%的焊丝用量。
（三）在制造领域中的利用
近年来工程机械制造技术飞速发展，在提升产品质量的同时达到了节能降耗目标，满足了我国工业制造的有关要求，同时制造出的产品性能更好，成本显著降低，受到用户的广泛认可。经证实激光加工技术用于制造领域投入成本可节约40%-60%，零部件主要是再制造过程中需要更换的密封件、易损件，利用高效激光堆焊技术、高密度高功率的激光束可以在焊接物表面形成微熔层，并且同步添加特定成分的直熔合金粉，以此达到修复零件的目标，同时这种技术灵活性强，可以在零件堆焊区域选择材料，最大程度的满足产品差异化定制需求，比如大功率推土机底盘使用履带时磨损严重，可以针对磨损区域利用激光堆焊技术，从多个指标分析中表面硬度较好、金相组织良好，以有效提升大功率推土机寿命。目前，焊接技术在新品上替代原镀烙和前期感应热处理工艺中可以提升产品竞争力[3]。
（四）在质量管理领域中的利用
在ISO9000质量管理体系当中提出对零部件过程监控的要求，确保具有可溯性，所以工程机械厂家为了追溯零件质量和使用情况需要制定出配套商的永久性标识，其中内容包括名称、生产厂家、物料号、图号、生产日期。传统的打标技术利用气缸不间断机械冲击物件会在标牌下遗留运动轨迹，并且操作过程噪声大，容易出现字迹模糊和标牌变形等问题，激光打标技术无需接触加工利用激光束在工件表面移动，通过控制激光的移动路径达到产品加工目标。相较于传统方法具有速度提升1倍的优势，并且字体更加清晰，能够展示出复杂的图案、符号。此外，在无接触加工环境下能够减少环境污染。
三、激光加工技术发展趋势
对于激光加工技术来说，结合了电气、数控、机械、光学、液压等多个领域。目前美国、德国、英国等发达国家在激光加工技术方面处于世界领先地位，尽管我国发展激光加工起步较晚，不过随着“中国制造2025战略”的实施，我国在该领域涌现出了大量机构，比如华工科技、团结激光、大族激光等企业与国外先进企业差距不断缩小，今后需要继续加强技术攻关。未来激光加工发展集中在以下几个方面：
其一，激光器小型化。在激光加工核心部件中激光器的大小会直接决定设备的大小，以往由于光学技术和微电子技术的限制，导致激光器体积较大，随着新型激光器技术的出现，我国开始生产出一批光束质量好、工作稳定性强、转化率高、体积小的激光器；其二，加工多能化。为了达到市场需求，激光设备生产厂家不能只重视激光加工功能，需要开发出具有热处理、焊接、切割、喷涂等多功能的设备；其三，设备智能化。在互联网技术飞速发展的今天，设备智能化是激光加工的一大发展趋势，通过远程遥控发出指令即可实现自动化操作[4]。
结束语：
综上所述，激光加工技术的优势十分明显，是推动我国工业产业升级的关键，随着5G技术、物联网技术的飞速发展，激光加工制造也开始具有智能化特征。今后我国激光生产厂家需要深入分析市场需求，加大资金技术投入，以此推动行业更新，进一步提升社会生产力。
参考文献：
[1]张翀昊.浅议激光切割技术在机械制造中的应用及发展[J].魅力中国，2017，13(11):202.
[2]刘晴云，张飞飞，陈雪娇.激光加工技术在农业机械制造中的发展和应用分析[J].农业技术与装备，2020，29(10):65-66.
[3]巴一，战金明，师文庆.激光加工技术在农机制造中应用的研究进展[J].南方农机，2020，51(5):7-8，13.
[4]姜秀丽，韩增颂.激光切割在钣金加工行业的应用与展望[J].现代制造技术与装备，2020，11(3):104，106.