陈章智

（广东韶钢工程技术有限公司，韶关 512123）

1 激光加工工艺应用现状

工程机械领域制造的材料通常是厚钢板，在切割、处理厚钢板材时，利用激光工艺进行切割，精准度大于等离子切割方法，并且激光切割表面很光滑，在后续焊接时不用打磨就能够直接焊接处理，所以激光切割器尽管投资很大，但在后续制造中省去打磨工序，就会节省成本[1]。相较于等离子切割器，激光加工工艺尽管早期投入很大，但后续消耗成本很低，随着使用时间的增加，一台大型激光切割器比一台同型等离子切割器在运行耗能上要节省许多成本。

在一些发达国家，机械制造行业已经将激光加工工艺视为标准工艺，广泛使用在工件切割作业中。

2 工程机械制造中激光加工工艺应用方式

2.1 切割方式

激光切割是使用高性能的激光束投射工件，令照射位置温度急剧提高，工件气化后蒸汽迅速排出，在辅助气体的影响下排出液态材料及熔渣，产生切缝。

激光切割能用来处理钢物质、铝合金、钛合金等工件，也能用来处理玻璃、陶瓷及塑料等物料。激光切割属于无接触制造，工件没有机械变化；激光束对没有激光照射的位置无影响或是影响很小，其热影响的范围小，材料热变化小，切口细小，切缝外表光滑美好，切割性能好。同时，激光切割迅速，柔性大，能够节约模具投资，减少加工成本。

2.2 焊接方式

激光焊接主要以激光作为热源加热材料，让材料熔化完成连接。激光焊接是非接触式连接，有时要求填充金属，按照材料差异要采用适当的保护气体，避免熔池变化。激光焊接迅速，灵活性大，几乎无焊接变形，不用焊后热加工。

在汽车领域，克莱斯勒企业最初把激光焊接用来连接变速箱齿轮，这是激光焊接在汽车行业中的第一次使用。美国福特汽车企业用激光连接齿轮轮盘钢圈，并在排气管、过滤器、转动轴等汽车元配件制造中广泛使用了激光焊接。焊接方式在汽车加工中的再一次使用为激光拼焊，指按照车体设计与性能要求的差别，把不同材料、不同厚度的材料拼焊为一个总体[2]。激光拼焊普遍使用在行李箱增强板、车门内板以及保险杠、中立柱等位置，该工艺的应用减小了车体重量，加大了刚度，优化了振动性能。此外，车门、顶盖和侧围等车体总成及分总成也普遍采取激光焊接进行加工。

2.3 熔覆方式

激光熔覆主要是把粉末状熔覆物料通过预置和同步模式放在基体外表，在高质量激光束的影响下，熔覆物料与基体外的表薄层熔化并迅速凝固进而出现一个外表改性涂层，这一涂层按照需要差异具备耐磨损、防腐蚀、抗高温、抗氧化等特征。激光熔覆几乎对基体没有热破坏、冷却迅速，涂层晶粒细致，熔覆层稀释较小，同基体是很好的冶金融合，粉末选取范围很大，容易实现智能化。

激光熔覆目前主要使用在制造环节，来修复破损的产品与改性材料外表。如Rolls Royce企业最早利用激光熔覆方法对发动机实施硬面熔覆，大幅度提升了其硬度与抗磨损。美国AVCO企业对车辆排气门熔覆了Stellite合金，加大了排气门的抗磨损、防腐蚀与防冲击能力，节约了制造成本。激光熔覆方法还能够用作车辆换向器、齿轮等元部件加工。模具与轧辊加工方面也广泛采用激光熔覆方法提高外表硬度、抗磨性、抗高温等性能，延长使用时间。激光熔覆方法也成功用作修复发动器叶片、车辆曲轴、模具等元部件，修复后的元件性能能达到甚至超过新品，而成本却大幅度降低。

2.4 激光增材加工

激光增材加工俗称三维打印，主要能源是高功率激光，主要材料是合金粉末与丝材，根据3D模型信息分层加工，逐次累加，把CAD信息模型加工成3D实体元件。根据成形原理重点分为SLM与LMDF。SLM是先铺好粉末，再以高能激光束根据预期的途径扫描金属粉末使之彻底融化，最后冷却硬化成形。激光金属成形后根据预期的加工途径，采取激光束熔化同步输送的金属粉末再迅速凝固，逐次堆积成形。该种方式柔性高、没有模具、加工流程短，能制造难溶、难切割、高活性工件，特别在结构繁琐与薄壁元件制造中，元件整体力学性能良好。

3 结语

激光加工工艺在工程机械领域取得了广泛使用，但个别技术在工件制作与力学性能上依旧存在瓶颈，诸多研究工作正陆续开展。总之，激光器与激光加工方法的发展使激光制造工艺有着良好的应用前景。