激光加工技术在工程机械制造中的应用探讨

点击上方“高科技与产业化”可以订阅哦

随着现代制造业在智能化、自动化、数字化方面的快速发展，以高精度、高效率和高灵活性为特点的激光加工技术，广泛应用于工程机械制造领域，本研究探讨激光加工技术在工程机械制造中的应用和发展潜力，剖析其在切割、焊接、表面处理和精密加工等关键工艺中的优势，提出其在提高产品质量和生产效率方面的重要作用，为工程机械制造业的技术革新和产业升级提供技术基础和实践指导。

1.1  激光加工技术基本原理

激光加工技术是一种利用高功率密度激光束对材料进行加工的方法，原理是通过激光与材料相互作用，实现材料的熔化、汽化或热影响区的改变，达到加工目的，激光加工技术具备非接触性、高精度、高速度和灵活性强等特点，能实现复杂形状的加工，减少材料的热影响和变形，在工程机械制造领域，激光加工技术的应用能显著提升加工精度和效率，降低生产成本，是现代制造业中不可或缺的高精尖技术之一^[1]。

1.2  激光加工技术的主要类型

激光切割、激光焊接、激光打标、激光雕刻、激光表面硬化、激光熔覆等是激光加工技术中的常见应用类型，激光切割技术以高切割速度和优良的切割质量在金属板材加工中占据重要地位，激光焊接则以深熔宽、热影响区小、变形小等优势在精密焊接领域得到广泛应用，激光打标和雕刻技术以精细度高、不易磨损的特点在产品标识和艺术创作中发挥着重要作用，激光表面硬化和熔覆技术通过改变材料表面性能，提升了工件的耐磨性、耐腐蚀性等，这些技术各具特点，相互补充，推动了激光加工技术在工程机械制造中的广泛应用和发展。

1.3  激光加工技术的优势与局限性

激光加工技术以加工精度高、速度快、热影响区域小、可实现自动化和智能化控制等诸多优势在现代制造业中占据重要地位，激光加工能实现对材料的精细操作，减少材料浪费，提高生产效率，其非接触性特点减少了对工件的机械应力，适用于脆性材料和高精度要求的加工，该技术也存在一定的局限性，比如，设备成本较高、对操作环境有特定要求、部分材料的加工效率受限等，并且激光加工过程中也可能产生高能耗和热效应控制问题。

2.1  应用方向一：切割技术

激光切割技术在工程机械制造中扮演着至关重要的角色，该技术利用高能量密度的激光束对材料进行非接触式切割，实现高精度和高速度的加工效果，与传统的机械切割方法相比，具有无可比拟的优势，包括更小的热影响区、更少的加工变形、更广的材料适应性、更灵活的加工路径设计^[2]。激光切割技术广泛应用于厚板和异形件的加工，工程机械通常要求结构件具有较高的强度和刚度，而激光切割能精确地按照设计图纸进行切割，保证零件的几何尺寸和精度要求，提高整机的性能和可靠性，并且还能实现复杂形状的一次性成型，简化了加工流程，缩短了生产周期，降低了制造成本。但是，激光切割技术在应用过程中也面临着一些挑战，对高反射率材料如铜和铝，激光切割的效率和质量可能会受到影响，激光切割设备和运行成本相对较高，对操作人员的技术水平也有较高要求。

2.2  应用方向二：焊接技术

激光焊接技术作为一种先进的连接工艺，通过聚焦激光束产生的高温实现材料的熔化和凝固，以此形成焊缝，具有深熔宽、热影响区小、焊接速度快、变形小等显著特点，使激光焊接在提高工程机械结构件的连接强度和整体性能方面发挥着关键作用。激光焊接技术广泛应用于高强度钢、铝合金等材料的连接，工程机械工作环境复杂多变，对结构件的强度和耐久性有着极高的要求，激光焊接技术能提供高质量的焊缝，提升焊接接头的力学性能，满足工程机械在恶劣工况下的可靠性需求。

激光焊接技术的高度自动化和智能化水平，为工程机械制造提供了更高的生产效率和更低的人工成本，通过精确控制焊接参数，激光焊接能实现复杂形状和难以接近区域的焊接作业，解决了传统焊接方法难以克服的问题，激光焊接技术在实际应用中也存在一定的局限性，对操作环境和材料表面质量有严格要求，对焊接参数的敏感性较高，需要精确控制以避免焊接缺陷。

2.3  应用方向三：表面处理技术

激光表面处理技术是工程机械制造领域中的一项关键技术，通过激光束对材料表面进行照射，可以实现材料表面性能的改善，包括激光硬化、激光熔覆和激光合金化等，并且在不改变材料基体性能的前提下，显著提升材料表面的耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度。在工程机械领域，工作环境往往较为恶劣，对部件的耐用性和可靠性有着极高的要求，激光表面处理技术的应用，能有效延长机械部件的使用寿命，降低维护成本，激光熔覆技术可以在机械部件表面添加一层具有特定性能的材料，赋予部件额外的耐磨、耐蚀或耐高温等特性。

激光表面处理技术的非接触性和高度可控性，在处理复杂形状或难以到达的区域时具有独特优势，与传统的表面处理技术相比，激光处理减少了材料的浪费，提高了处理效率，同时也减少了对环境的影响。激光表面处理技术在实际应用中也面临一些挑战，技术本身的复杂性要求操作人员具备较高的专业技能，设备的高成本和对环境条件的严格要求也是制约其广泛应用的因素，为了克服这些挑战，需要研究人员不断探索更高效的处理工艺，优化参数设置，并通过技术创新降低成本。

2.4  应用方向四：精密微加工技术

工程机械重要零部件的精密加工过程中，对材料种类的广泛适应性是激光微加工技术应用的一大优势，对金属、陶瓷或者塑料等材料，激光微加工能提供高效的应用方案，为工程机械的多样化设计和功能集成的实现提供更强的技术支撑。但需要注意的是，微加工过程中对激光参数的精确控制要求非常高，哪怕极其微小的偏差都可能导致加工精度的下降。为了发挥激光微加工技术在精密部件制造中的潜力，研究人员要不断提升激光设备工艺水平，更新优化激光控制系统，通过各学科技术融合降低设备成本，加强设备操作人员的培训，提高对激光微加工技术的理解和应用能力。

随着智能制造的兴起和可持续发展的需求，激光加工技术在工程机械制造业中的应用前景愈发广阔，激光加工技术将更加注重高效、精密、智能化的发展方向，高功率激光器的研发将推动切割和焊接速度及质量的显著提升。激光微加工技术的进步还将满足高精度部件的需求，随着计算机辅助设计和人工智能算法的集成，激光加工过程将实现更高级别的自动化和智能化。

激光加工技术在发展中也面临诸多挑战，设备成本的高昂、对操作技能的高要求，以及对材料特性的深入了解都是制约其广泛应用的因素，激光加工过程中的热影响、变形控制以及加工精度的稳定性也是需要解决的技术难题^[3]，需要研究人员加强基础研究，优化工艺参数，开发新型激光加工设备，培养专业人才，以促进激光加工技术在工程机械制造中的广泛应用和深入发展。通过不断的技术创新和工艺改进，激光加工技术有望在提升工程机械性能、降低生产成本和推动制造业绿色转型中发挥更加关键的作用。

参考文献

1 刘鹏，马立强，李峰西.激光加工技术在工程机械制造中的应用[J].锻压装备与制造技术, 2023(04):61-64.

2  付艳恕,卢聪,叶小军,等.激光材料加工熔池流动行为实验研究进展[J].机械工程学报, 2023(05):291-306.

3 黄显东.高功率皮秒紫外激光切割柔性可折叠OLED材料[C]//中国光学学会激光加工专业委员会.第十六届 国际激光加工技术研讨会, 2021.