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激光技术在机械加工中的应用
机械电子工程学院 机械096班 姓名：杨松 学号：090501613
摘要：本文介绍了激光技术的优点、激光技术在焊接、切割、热处理、表面强处理几个 的应用特点、现状及发展前景等。
关键字：激光技术、机械加工、特点、应用
引言：
激光技术作为一门高新技术，几乎在各行各业都获得了重要的应用。激光加工技术是指各种以高能密度激光束为手段，通过激光束与材料之间的物理和化学等作用，实现改变物质形态或性质的先进材料加工技术。激光在机械加工方面的应用也越来越多，激光具有其它传统方法所不具有的优点。激光机械加工具有非接触、无污染、热影响区域小、加工精度高以及可选区加工等特点，而且在特定的加工情况下是其他制造方法不可替代的。
在机械加工中用高功率激光对零件进行切割、热处理、打孔、表面处理等。由于激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性等特性，为机械加工带来了如下一些传统加工方法所不具备的优点：
1. 它是非机械加工，加工过程中无“刀具”磨损，没有机械力，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，可以实现多种加工目的。
2. 它可以加工高硬度、高脆性及高熔点等难加工材料。
3. 由于激光束能量密度高，加工过程速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位影响极小甚至没有影响，因而热变形小，加工质量高。
4. 由于激光易于导向聚焦实现作各方向变换，与现代数控相互配合，使激光床不但具有加工精度高的特点，而且还具有可控性好、程序简单、污染少等优点。下面介绍几种具体应用。
一、 激光在焊接方面的应用
激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功地应用于微、小型零件焊接中。高功率CO2及高功率YAG激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域。获得了以小孔效应为理论基础的深熔接，在机械、汽车、钢铁等工业部门获得了日益广泛的应用。
　　 与其它焊接技术比较，金运激光焊接的主要优点是：激光焊接速度快、深度大、变形小。能在室温或特殊的条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可 达5：1，最高可达10：1。可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。便如，将铜和钽两种性质截然不同的材料焊接在一起，合格率几乎达百分之百。也可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精密定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型元件的组焊中，例如，集成电路引线、钟表游丝、显像管电子枪组装等由于采用了激光焊，不仅生产效率大、高，且热影响区小，焊点无污染，大大提高了焊接的质量。
可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。在YAG激光技术中采用光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广与应用。 激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件
二、 激光在切割方面的应用
激光技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。脉冲激光适用于金属材料，连续激光适用于非金属材料，后者是激光切割技术的重要应用领域。
激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料,并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定形状的切缝。从二十世纪七十年代以来随着CO2激光器及数控技术的不断完善和发展,目前已成为工业上板材切割的一种先进的加工方法。在五、六十年代作为板材下料切割的主要方法中：对于中厚板采用氧乙炔火焰切割；对于薄板采用剪床下料,成形复杂零件大批量的采用冲压,单件的采用振动剪。七十年代后,为了改善和提高火焰切割的切口质量,又推广了氧乙烷精密火焰切割和等离子切割。为了减少大型冲压模具的制造周期,又发展了数控车床与电加工技术。各种切割下料方法都有其有缺点,在工业生产中有一定的适用范围。
三、 激光技术与热处理
激光热处理是一种表面热处理技术。即利用激光加热金属材料表面实现表面热处理。激光加热具有极高的功率密度，即激光的照射区域的单位面积上集中极高的功率。由于功率密度极高，工件传导散热无法及时将热量传走，结果使得工件被激光照射区迅速升温到奥氏体化温度实现快速加热。当激光加热结束，因为快速加热时工件基体大体积中仍保持较低的温度，被加热区域可以通过工件本身的热传导迅速冷却，从而实现淬火等热处理效果。激光淬火效果：激光淬火层的硬度分布曲线激光淬火层的硬度分布 激光淬火技术可对各种导轨、大型齿轮、轴颈、汽缸内壁、模具、减振器、摩擦轮、轧辊、滚轮零件进行表面强化。适用材料为中、高碳钢，铸铁。激光淬火的应用实例：激光淬火强化的铸铁发动机汽缸，其硬度提高HB230提高到HB680，使用寿命提高2~3倍。
四、 激光技术与表面处理
激光表面处理是使用激光束进行加热，使工件表面迅速熔化一定深度的薄层，同时采用真空蒸镀、电镀、离子注入等方法把合金元素涂覆于工件表面，在激光照射下使其与基体金属充分融合，冷凝后在模具表面获得厚度为10～1000μm具有特殊性能的合金层，冷却速度相当于激冷淬火。如在H13钢表面采用激光快速熔融工艺进行处理，熔区具有较高的硬度和良好的热稳定性，抗塑性变形能力高，对疲劳裂纹的萌生和扩展有明显的抑制作用。研究表明，获得的模具表面实质是连续、致密无孔的VC钢复合覆层，它不仅有很强的在600℃下的氧化抗力，而且有很强的抗熔融金属还原的能力。23电火花沉积金属陶瓷工艺在表面改性技术的不断发展中，出现了一种电火花沉积工艺。该工艺在电场作用下，在母材表面产生瞬间高温、高压区，同时渗入离子态的金属陶瓷材料，形成表面的冶金结合，而母材表面也同时发生瞬间相变，形成马氏体和微细奥氏体组织。这种工艺不同于焊接，也不同于喷镀或者元素渗入，应该是介于两者之间的一种工艺。它很好地利用了金属陶瓷材 料的高耐磨、耐高温、耐腐蚀的特性，而且工艺简单，成本较低廉。是压铸模具表面处理的一条新路。
结语：
由以上的应用可见，激光技术在机械加工中有着广阔的应用前景。激光技术的应用可能带来巨大的变革，许多传统工艺难以解决的问题得到了很好的解决，所以激光技术与机械加工的广泛的结合必然是未来的发展趋势。对于学习机械的人来说，不能只局限于传统的工艺，应该积极地、创新地应用学习的各方面的知识，让自己成为复合型人才，只有广泛地、深入了解本学科和其它学科的知识，才能更好的创新。激光技术的高速发展已经成为潮流，未来的发展也将更加迅猛，现在的激光技术可以比喻成早晨八九点钟的太阳，它的发展必定会是朝气蓬勃的。
参考文献：
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[4]江河海 激光加工技术应用及展望 [J] 光电子技术与信息，2001, 4