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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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