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摘要：二十世纪能够和半导体、原子能、计算机技术相提并论的重大科学技术成果就是激光器的发明。从激光器诞生至今其发展速度令人惊叹，激光光源便成为了在人来的历史中的重大变革。大功率激光器件的发展促进了激光加工技术的研究和应用。本文将重点分析机械加工业应用激光加工的技术。
关键词：激光加工；制造；应用
1.激光器结构及其主要特性
激光器主要由激光工作介质、激励源、谐振腔三部分构成，激光工作的介质：介质受到辐射的刺激而产生的激光，激光的产生需要有相对应的介质（比如：气体、固体、液体以及半导体）;刺激源：粒子数会受到辐射刺激而反转，其中主要的方式有电、光、化学等激励的刺激等等；谐振腔：通过谐振腔将光进行放大，可以产生较高能量的激光。
激光因为其具有独特的优异性而被广泛的应用：
（1）激光具有较好的方向性，激光的发散角偏离轴线能够精确到毫米的弧度，而且激光具有较高的亮度，功率又是高度的集中，所以激光的亮度要比普通的光源高出上百万倍。
（2）激光的单色性较好，激光的单色性能要优于普通的光源很多倍，普通的光源氦氖激光器谱线的宽度要比曾经的基准器氢灯相对高出6个数量级。最后，激光的相干性较好，在激光器中受激辐射的频率输出、传播方向、偏振都是全部相同的光子。
2.激光加工技术在机械加工工业中的应用
2.1在农机制造中的应用
激光快速成型技术是与计算机技术高度结合的一种新型制造技术，其技术原理是通过将三维数据转化为实体模型，采用液态光敏数值材料，在激光紫外光波能量的凝固作用下，最终形成固体工材料的过程。激光快速成型技术，首先需要将制造的模型数据编入计算机程序，并由计算机控制光路系统控制激光器输出的光束，同时经过扫描与刻画，将模型数据反映在模型材料上。在激光成型过程中，激光的光速所到之处，模型由液体逐渐变为固体，计算机辅助完成模型的扫描与刻画，逐层固化光敏聚合材料，堆积为样件后成为工件的具体模型。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆激光快速成型技术综合运用了激光、激光、CAM、CNC、CAD、新材料和精密伺服驱动等技术，与传统的农机制造技术相比，拥有及爱好的互换性和复制性，成本较低，制造周期较短。与激光切割技术一样，激光快速成型技术也是非接触加工制作，不留传统模型制作的残余力难题，采用无噪声和切割的工具，有利于环境保护。激光快速成型可完成快速的模具铸造，尤其适用于新产品的零件制作生产。根据有关研究显示，将激光快速成型技术应用于农机模具制造中，可使制造费用降低1/2以上，缩短生产周期的80%，对提高农机制造企业的核心竞争力大有裨益。
2.2在轨道车辆制造中的应用
城市轨道车辆制造厂商已大量使用激光切割技术，其加工的产品有很多，如车体、内装板材、转向架，常选用二维平面切割。激光可以加工出高精度、高切割断面质量的零件外形、轮廓和孔。固体(或CO2)激光切割机通常适用于碳合金钢、不锈钢，同时也适用于铝合金板，可达到理想断面加工质量和切割速度。
城市轨道车辆制造中，三维激光切割技术方兴未艾。其主要进行了各种三维冲压件的切割、割孔，除了配置机械手、光纤激光、实时监控外，还配置有除尘系统、交换工作台、封闭切割间。解决了复杂工件的三维切割，代替落后的无齿具、手工等离子切割工艺，改善质量、减小污染。在城市轨道车辆制造中对大长件，尤其是组成部件后加工，起到了改善切割能力和提高质量的作用。激光切割技术随着多元需求和先进制造的要求，正一步步完善和创新，一批批现代的技术和装备发展起来。
2.3在船舶制造中的应用
常用的船体结构钢有一般强度钢（A、B、D、E级），高强度钢（AH32、DH32、EH32、AH36、DH36、EH36级）等，其中以T型结构、三明治型结构船用结构件的焊接居多，并且在船身建造过程中，一般强度船体结构钢使用量所占比例约为50%，其中70%的焊接接头是T型接头。目前，国内造船企业采用的焊接方式主要有焊条电弧焊、埋弧焊和CO2气体保护焊等传统焊接方法。随着船舶轻量化，制造工业的绿色化、高效化发展，传统焊接方法在焊接速度、焊缝质量及生产成本等方面均不能满足现代船舶制造自动化的发展趋势。激光电弧复合焊在T型结构件、三明治板的焊接应用中，不仅提高了焊接效率，降低了单纯激光焊对工件装配精度要求，而且使高速焊接过程中的电弧更加稳定，焊缝更深、焊接速度及焊缝质量均得到了提高。此外，激光电弧的耦合作用有效改善了单一热源焊接中如烧穿、咬边以及气孔等缺陷。
3.其他应用
3.1激光熔覆
激光熔覆是将粉末状熔覆材料（有时也用线材或板材）以预置或同步方式放置于基体的表面，在高能激光束的作用下，熔覆材料和基体的表面薄层熔化并快速凝固从而形成一表面改性涂层，该涂层根据需求不同可具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温、耐氧化等特点。激光熔覆对基体热影响小、冷却速度快，涂层晶粒细小，熔覆层稀释率小、与基体为良好的冶金结合，粉末选择范围广泛，易于实现自动化。
激光熔覆当前主要应用于制造过程中对材料进行表面改性和对损坏的产品进行修复。如英国RollsRoyce公司较早应用激光熔覆技术对发动机进行硬面熔覆，大大提高了其硬度和耐磨性。美国AVCO公司对汽车排气门激光熔覆Stellite合金，提高了排气门的耐磨损、耐腐蚀和抗冲击性能，降低了生产成本。激光熔覆技术还可应用于汽车换向器、齿轮等零部件的制造。模具和轧辊制造领域也广泛使用激光熔覆技术改善其表面硬度、耐磨性、耐高温等性能，提高使用寿命。激光熔覆技术也成功应用于发动机叶片、汽车曲轴、模具等零部件的修复，修复后的零件性能可以达到甚至超过新品，而成本却大大减少。
3.2激光增材制造
激光增材制造，俗称3D打印，以高功率激光为能量源，以合金粉末或丝材为原料，依据三维模型数据分层制造，逐层累加，将CAD数字模型制造成三维实体零件。按成形原理主要分成激光选区熔化和激光金属直接成形。激光选区熔化是先将粉末铺好，然后高能激光束按照预定的路径扫描金属粉末使其完全熔化，最后冷却凝固成形。激光金属直接成形则是按照预定的加工路径，采用激光束将同步送入的金属粉末熔化然后快速凝固，逐层堆积成形。
激光增材制造技术柔性高、无模具、制造流程短，可加工难熔、难切削、高活性材料，可加工结构复杂及薄壁零件，零件综合力学性能优异。
结束语
激光切割、激光焊接、激光熔覆、激光增材制造、激光打孔、激光打标、激光表面热处理等激光加工技术在机械制造中得到了广泛的应用。某些技术在产品组织缺陷和力学性能等方面仍然存在着瓶颈难题，大量的研究工作正在开展。激光器和激光加工工艺的发展使激光制造技术有着广阔的应用前景。
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论文作者:王鹏俨
论文发表刊物:《防护工程》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/20
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