激光技术的工业应用与发展前景

摘 要：文章重点对激光在工业中所采用的技术与工业的发展前景进行阐述，重点描述激光工业加工中的常规方法及处理性能，采用的主要有激光焊接、激光削切加工、激光打标、激光表面处理等技术。

关键词：发展前景；工业应用；激光技术

1 激光在工业中的主要应用

激光具有高密度、高方向性、高相干性和高能量，在工业中应用最为重要的是极高的能量密度。激光单色性好并发散角小，可以聚集出微米大小的小斑点，加上自身的高强度特点，可以让激光聚集点的温度达到10000摄氏度以上。这样高的温度几乎可以使任何的固体材料瞬间便融化，甚至可能蒸发掉。理论上激光是可以加工各种固体材料的。经过我国科技人员不断的对激光技术进行研发，激光的使用性能也越来越广泛，主要运用在激光焊接、工业打标、削切加工、表面处理等方面上。

1.1 工业激光的焊接

工业上的激光焊接技术是目前激光工业中的第三大领域，在当今社会中已有大幅度的增长和广泛的应用。特别是在制造业的汽车产业上，车身的部件大部分采用了激光的焊接技术，已取代我国传统的电阻电焊技术。激光焊接技术在国内外都有广泛的应用。例如日本本田汽车车门框和各种材料上的激光焊接。美国的福特汽车的中央门柱焊接技术。通过几个案例可以表明激光焊接技术在汽车车身的制造上是非常可取的。激光技术不断随着社会改革发展而增加扩大范围，激光在工业上的用途也有了大幅度的提升[1]。

在电子工业中对激光焊接技术需求也是必不可少的。主要应用在显像管的电子枪，且在这方面上获得不错成绩，在日本的东芝公司中已成功的将焊接显像电子枪装配到线上。我国有几个厂家也应用了，华中理工大学所研发出来的激光焊接电子枪设备。另外，激光的焊接在续电器、电路引线、计算机配件中获得较大成功。

在对光纤传输中已十分的普及，在对激光束进行多点的组件焊接技术。在给固体物件加工时，需要将激光器远离装配区，并进行装置技工采用激光能量来对固体物件来进行加工，加工部件所需的位置，从最大的限度上去利用YAG来实现系统的焊接效果，利用光纤传输能量和YAG激光器来对固体材料进行远距离的焊接，这样可以很好的发展YAG激光焊接，同时大大提高现代设备的生产功率。

在英国CMB公司罐头盒生产线中，以充分的应用了超薄板焊接技术。对罐头盒进行焊接，罐头盒的每条缝长为120mm，采用激光焊接技术可以每秒焊接10条，焊接过程中还可对焊接状况进行实时的检测。焊接厚度的不断增加，归功于大功率激光器的研成功。在焊接厚度为18mm的工件中，可以用到10kW的激活来进行单道的焊接，在增加为30mm厚度的工件时，更可用25kW的激光来进行焊接。

1.2 工件中激光削切的加工

图1 激光切削加工原理图

如图1中所给出的激光切削的加工原理图。在通过激光的聚集光束后来对工件垂直的削切，用激光束所具备的高强度特点来对工件材料进行逐层的气化和融化，采用速度v来进行此项工作，在工作中激光束采用的强度决定了所切削的厚度。对工件的表面进行加工，需要将激光束横向移动方能完成表面打磨处理。在激光加工中可分为粗切削加工和精度高的切削加工。为了让表面质量提高，我们应当采用精加工，这样可以实现微米级的加工表面精度，在对待粗加工时可用到100mm3/min进行削切工作。

在淬硬钢复杂模具表面中可采用激光切削的方式，这种方式主要是为了让模具表面形成精细的网纹，大部分是用于装潢装饰和塑料零件上面。

在切割速度能达到10m/min时，视为激光中的二维切割，目前已取代了冲压式方法。在切割小车部件时，采用的技术应当为三维切割法，这种加工的手法是其他方法所无法完全取代的。

1.3 表面的激光处理

在表面处理中应当注意变形、形状不足等现象。在激光进行表面处理时，因处理速度很快，所以能够保证变形小、形状良好，在处理后的部件中可提高其耐磨性与抗腐蚀性等。由于现代社会中部件的要求不断提高，复杂度不断增强，在普通技术上难以得到实现，而在该领域中激光处理成为焦点，近年来由于激光技术给企业带来的效率，让人们更加意使用激光處理法，这点在我国已成为研究最活跃的其中一个领域。

在激光表面微精细处理结构上，激光相变硬化的方法已在应用中最为广泛。其新进展应属激光表面微精处理或表面组织结构处理[2]。是用激光中高能量密度用很细的激光束来对工件表面进行扫描，利用了快速冷却，快速高温加热的激光束特点，来产生马氏体原理，形成特殊微凸体图案，从而能够达到更高的耐磨性，制作的图案可以使用微机来控制。在改变工艺图案上，可根据不同的要求来选择图案。该项工艺以充分用于凸轮挺杆和机床导轨、发动机缸体等上面，使其能够增加耐用性同时提高部件的寿命。

1.4 工业激光打标

在激光特点中，激光打标是在工业应用中的第二大领域。激光打标不仅能够速度快的书写，而且还能够保证标记持久，字体清晰易读，不会因为摩擦而导致字体模糊甚至消失。激光打标已在集成电路块、电子元器件及半导体芯片上广泛的应用。

在所有的材料当中，激光几乎全能进行打标。比如在游标卡尺的刻度尺寸标记上，激光打标能够很好的完成，而且完成效果与效率更加高于传统中的生产效率。能够在刃具、轴承等金属制品上进行打标，采用的激光打标、在工作中方便快捷且标记清晰，完成的工件质量高工业生产效益高。在激光打标的过程中几乎不会影响到该物体的性能与结构，例如在红宝石和坚硬晶体上进行激光打印标记，标记完成后没有任何影响。在其他的各个物件中也是同样效果，激光打标还，帮助我国做好法律防伪行为，通过激光打印标记来识辨物件正规性。

2 激光应用技术的前景

激光是一种成本低、加工质量稳定可靠、生产效率高同时又属清洁的绿色能源，在社会经济体系中，能够更好的实现社会经济效益。在世界各发达国家中，都在大力的支持推广激光加工技术。激光产业所带来的营业额度非常高，据统计在1998年全球营业额中就已经达到647亿美元，而在我国激光产业只有1亿美元。而如今随着我国大批量的制造业企业的诞生，对建设中生产的质量、高效、要求很高。因此我国应当提高利用激光技术，来降低企业生产过程中的成本，提高我国企业的经济效益，提升我国在国际中的地位。

参考文献

[1]范镇元.中国激光技术发展的汇报与展望[J].科学中国人.2011（3）：33-35.

[2]李力钧.现代激光加工及其装备[J].北京理工大学出版社.2009.

[3]张开明，张家明.新材料“FGM”在金矿山设备中的应用[J].矿山机械.2010（8）：55-56.

作者简介：熊尚武，男，湖北工程学院10级光信息科学与技术专业学生