激光加工技術(shù)在工程機(jī)械制造中的應(yīng)用淺析

陳章智

（廣東韶鋼工程技術(shù)有限公司，韶關(guān) 512123）

1 激光加工工藝應(yīng)用現(xiàn)狀

工程機(jī)械領(lǐng)域制造的材料通常是厚鋼板，在切割、處理厚鋼板材時(shí)，利用激光工藝進(jìn)行切割，精準(zhǔn)度大于等離子切割方法，并且激光切割表面很光滑，在后續(xù)焊接時(shí)不用打磨就能夠直接焊接處理，所以激光切割器盡管投資很大，但在后續(xù)制造中省去打磨工序，就會(huì)節(jié)省成本[1]。相較于等離子切割器，激光加工工藝盡管早期投入很大，但后續(xù)消耗成本很低，隨著使用時(shí)間的增加，一臺(tái)大型激光切割器比一臺(tái)同型等離子切割器在運(yùn)行耗能上要節(jié)省許多成本。

在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，機(jī)械制造行業(yè)已經(jīng)將激光加工工藝視為標(biāo)準(zhǔn)工藝，廣泛使用在工件切割作業(yè)中。

2 工程機(jī)械制造中激光加工工藝應(yīng)用方式

2.1 切割方式

激光切割是使用高性能的激光束投射工件，令照射位置溫度急劇提高，工件氣化后蒸汽迅速排出，在輔助氣體的影響下排出液態(tài)材料及熔渣，產(chǎn)生切縫。

激光切割能用來(lái)處理鋼物質(zhì)、鋁合金、鈦合金等工件，也能用來(lái)處理玻璃、陶瓷及塑料等物料。激光切割屬于無(wú)接觸制造，工件沒(méi)有機(jī)械變化；激光束對(duì)沒(méi)有激光照射的位置無(wú)影響或是影響很小，其熱影響的范圍小，材料熱變化小，切口細(xì)小，切縫外表光滑美好，切割性能好。同時(shí)，激光切割迅速，柔性大，能夠節(jié)約模具投資，減少加工成本。

2.2 焊接方式

激光焊接主要以激光作為熱源加熱材料，讓材料熔化完成連接。激光焊接是非接觸式連接，有時(shí)要求填充金屬，按照材料差異要采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)氣體，避免熔池變化。激光焊接迅速，靈活性大，幾乎無(wú)焊接變形，不用焊后熱加工。

在汽車(chē)領(lǐng)域，克萊斯勒企業(yè)最初把激光焊接用來(lái)連接變速箱齒輪，這是激光焊接在汽車(chē)行業(yè)中的第一次使用。美國(guó)福特汽車(chē)企業(yè)用激光連接齒輪輪盤(pán)鋼圈，并在排氣管、過(guò)濾器、轉(zhuǎn)動(dòng)軸等汽車(chē)元配件制造中廣泛使用了激光焊接。焊接方式在汽車(chē)加工中的再一次使用為激光拼焊，指按照車(chē)體設(shè)計(jì)與性能要求的差別，把不同材料、不同厚度的材料拼焊為一個(gè)總體[2]。激光拼焊普遍使用在行李箱增強(qiáng)板、車(chē)門(mén)內(nèi)板以及保險(xiǎn)杠、中立柱等位置，該工藝的應(yīng)用減小了車(chē)體重量，加大了剛度，優(yōu)化了振動(dòng)性能。此外，車(chē)門(mén)、頂蓋和側(cè)圍等車(chē)體總成及分總成也普遍采取激光焊接進(jìn)行加工。

2.3 熔覆方式

激光熔覆主要是把粉末狀熔覆物料通過(guò)預(yù)置和同步模式放在基體外表，在高質(zhì)量激光束的影響下，熔覆物料與基體外的表薄層熔化并迅速凝固進(jìn)而出現(xiàn)一個(gè)外表改性涂層，這一涂層按照需要差異具備耐磨損、防腐蝕、抗高溫、抗氧化等特征。激光熔覆幾乎對(duì)基體沒(méi)有熱破壞、冷卻迅速，涂層晶粒細(xì)致，熔覆層稀釋較小，同基體是很好的冶金融合，粉末選取范圍很大，容易實(shí)現(xiàn)智能化。

激光熔覆目前主要使用在制造環(huán)節(jié)，來(lái)修復(fù)破損的產(chǎn)品與改性材料外表。如Rolls Royce企業(yè)最早利用激光熔覆方法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施硬面熔覆，大幅度提升了其硬度與抗磨損。美國(guó)AVCO企業(yè)對(duì)車(chē)輛排氣門(mén)熔覆了Stellite合金，加大了排氣門(mén)的抗磨損、防腐蝕與防沖擊能力，節(jié)約了制造成本。激光熔覆方法還能夠用作車(chē)輛換向器、齒輪等元部件加工。模具與軋輥加工方面也廣泛采用激光熔覆方法提高外表硬度、抗磨性、抗高溫等性能，延長(zhǎng)使用時(shí)間。激光熔覆方法也成功用作修復(fù)發(fā)動(dòng)器葉片、車(chē)輛曲軸、模具等元部件，修復(fù)后的元件性能能達(dá)到甚至超過(guò)新品，而成本卻大幅度降低。

2.4 激光增材加工

激光增材加工俗稱三維打印，主要能源是高功率激光，主要材料是合金粉末與絲材，根據(jù)3D模型信息分層加工，逐次累加，把CAD信息模型加工成3D實(shí)體元件。根據(jù)成形原理重點(diǎn)分為SLM與LMDF。SLM是先鋪好粉末，再以高能激光束根據(jù)預(yù)期的途徑掃描金屬粉末使之徹底融化，最后冷卻硬化成形。激光金屬成形后根據(jù)預(yù)期的加工途徑，采取激光束熔化同步輸送的金屬粉末再迅速凝固，逐次堆積成形。該種方式柔性高、沒(méi)有模具、加工流程短，能制造難溶、難切割、高活性工件，特別在結(jié)構(gòu)繁瑣與薄壁元件制造中，元件整體力學(xué)性能良好。

3 結(jié)語(yǔ)

激光加工工藝在工程機(jī)械領(lǐng)域取得了廣泛使用，但個(gè)別技術(shù)在工件制作與力學(xué)性能上依舊存在瓶頸，諸多研究工作正陸續(xù)開(kāi)展?？傊?，激光器與激光加工方法的發(fā)展使激光制造工藝有著良好的應(yīng)用前景。