激光技术在材料加工中的应用研究

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  摘 要:本文笔者简述了激光加工的主要特征,同时还综合介绍了激光打孔、激光切割、激光焊接和表面预热处理,激光的形成以及激光快速原型在材料加工的具体应用情况,同时在这些基础上,笔者对我国未来激光技术发展情况进行了合理化的展望。
  關键词:激光技术;材料加工;应用研究;展望
  作为二十世纪最实用、最具创新和伟大的发明之一,激光技术的发明和出现对人们的生活和工作来说,产生了巨大的变化。人们将其和电子计算机(互联网技术)、航天技术、半导体技术和热核技术并列提名本世纪的重大科技成就[1]。人类在一九六零年五月首次获得了第一束激光,到现在,已经过去了将近六十年,目前激光技术已经渗透到科研、工业、农业、国防以及人们工作、生活的方方面面。除此以外,在我国材料加工领域,激光加工技术由于其特有的优越性,应用已经非常成熟了,被称为未来加工制造业的重要手段和方式。
  一、激光加工技术的主要特征
  激光加工技术之所以特别适合自动化加工主要是由其自身的特征还决定的。激光加工技术的主要特征包括①能够实现时间的控制性优化;②能够实现激光的空间控制性,比如可以使得激光射束进行旋转,还能够改变射束的方向,同时还可以进行扫描等等特征。同时控制激光加工系统最好的方式是借助计算机技术,这种加工方式与互联网技术的合理结合,可以形成自动化的加工设备。这种加工设备,能够有效降低加工过程中的成本,保证加工质量,从而为激光加工技术提高了更为广阔的光明的发展前景。其中,激光加工技术主要的特征包括以下几个部分:
  (1)能够有效提高加工的效率。在实际生产加工的过程中,用激光加工方式对材料进行有效切割是普通切割方式效率的八---二十倍;在生产的过程中进行深熔焊接的过程中效率相比于传统的方式高出了三十倍。在这个加工过程中,利用激光对薄膜电阻进行微调的后,可以提高效率高达一千倍,同时还能提高仪器测量的精度,提升一到两个量级。在用激光进行电镀强化的过程中,可以有效提高电镀过程中的金属沉积率,沉积率高达一千倍以上。人们在实际生产加工过程中,利用激光器对加工材料进行打孔的时候,用时只需要两秒,但是同等条件下,运用金石拉丝模用机械的方法进行打孔,同样的条件下需要花费一天,24个小时。
  (2)加工出来的产品质量好,精度很高。由于激光技术在加工的过程中,能量密集度很高,同时是采用非接触式加工方式,可以再短时间内迅速完成。所以在短时间内,加工的零件的热变形会很小,并且不会出现机械变形的情况,这在实际加工生产的过程中对精密加工的使用非常便捷。
  (3)激光加工的方式对各种材料的适用范围比较广。激光加工的方式适合于各种材料,一方面适合脆性的材料,同时也适用高硬度、高熔点和高强度的材料;同时加工适用的工作环境也比较广泛,可以在自然大气中发生,另一方面也可以在真空中进行。
  (4)有效提高加工的经济效益。同其他传统方式相比,相关人员对费用进行计算后发现,利用激光技术打孔的直接费用可以节省百分之七十五以上,间接激光加工费用可以节约百分之八十以上。
  二、激光加工技术在材料加工中的具体应用
  2.1 激光焊接
  根据服务对象和激光器件的不同,激光焊接主要分成两种:深熔焊接和传导焊接。通常情况下,深熔焊接常用在机械制造业中,主要是对钣金件或者轴、套类进行焊接;传导焊接主要应用在电子工业上。
  2.2 激光打孔
  在激光材料加工技术的过程中,激光打孔是最先进行应用化的。由于该种技术具备通用性强、精度高、成本比较低等多种优点,现在已经成为现代制造领域广泛应用的关键技术质疑。针对,美国、英国等工业化发展还将激光打孔技术应用到了视频行业、医药行业和飞机制造行业。
  2.3 激光切割
  激光切割在整个激光加工行业中的应用程度高达百分之八十以上。其主要应用在薄板的材料的切割,例如电梯的控制板、汽车车身的覆盖件、仪器表板、开关板和木材以及各种非金属材料。
  2.4 激光打标
  作为激光在加工领域应用最大的一种技术---激光打标技术是备受人们欢迎的。这种技术主要是利用高能量密度的激光对部件进行局部的照射,从而使得表层材料进行汽化或者使其颜色发生化学改变,从而在材料表面留下永久性的标记。激光技术几乎适合在所有的材料中进行打标,在实际生产中其主要应用在轴承、量具和刃具等金属制品上[3]。比如在游标卡尺上进行刻度的打标等等。
  2.5 激光成形
  激光成形技术是目前在国际上最为认可的技术之一,相比于传统的成形方法,这种方式具有很多优点,比如成形的过程不需要任何磨具,生产周期时间比较短,不会受到加工环境的限制,仅仅是依靠热,使得板料变形的塑性加工方式。同时也不存在材料回弹、贴膜等缺点。
  三、激光加工技术在材料加工中的未来展望
  近几年来,激光技术在材料加工过程中的应用越来越广泛。目前激光技术已经渗透到科研、工业、农业、国防以及人们工作、生活的方方面面。除此以外,在我国材料加工领域,激光加工技术由于其特有的优越性,应用已经非常成熟了,被称为未来加工制造业的重要手段和方式。在未来的发展过程中,激光技术还需要不断完善,以求在更多领域中应用。
  参考文献
  [1] 蔡骐远.激光技术在材料加工中的应用研究[J].信息记录材料,2018(1):6-7.
  [2] 陈绮丽,黄诗君,张宏超.激光技术在材料加工中的应用现状与展望[J].机床与液压,2006(8):183+226-228.
  [3] 张荣强,王琳.激光技术在材料加工中的应用与发展趋势探讨[J].科学与信息化,2017(31).
  作者简介
  ①康杰,1985年11月,男,民族:汉,籍贯:河南开封,学位:硕士,毕业院校:山东农业大学,助教,研究方向:特种加工技术激光加工,单位:郑州职业技术学院
  ②周喜,1985 年10月,男,民族:汉,籍贯:山东聊城,学位:硕士,毕业院校:天津职业技术师范大学,讲师,研究方向:光电检测与信号处理,单位:郑州职业技术学院
  ③孙为云,1989年3月,女,民族:汉,籍贯:河南鹤壁,学位:硕士,毕业院校:郑州大学,助教,研究方向:材料工程技术超硬材料,单位:郑州职业技术学院
  (作者单位:郑州职业技术学院)
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