金属材料焊接中激光技术的应用
陈安新
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陈安新,. 金属材料焊接中激光技术的应用[J]. 新材料,2022.2. DOI:10.12721/ccn.2022.158087.
摘要:
近年来,随着我国经济社会的迅猛发展,工业化进程也迈入了高速发展的阶段。各种新型生产应用技术在工业与制造业领域被广泛应用,引领行业走向一个又一个突破。比如,金属材料焊接技术与激光技术的应用的结合,就是新技术的以此尝试,也引领焊接技术实现了质的飞跃。尤其是近些年,激光焊接技术在各个领域中都获得了较为广泛的应用,提升了焊接质量的同时,也帮助军事、制造业等领域实现了加速变革。因此,本文将就金属材料焊接中的激光技术应用进行简要探讨。首先,对激光焊接技术的分类进行叙述,并通过金属材料焊接中激光技术应用的具体优势展开论述,进而引出应用了激光技术的金属材料焊接技术在多个领域的前景展望,期望能够为相关专业领域人才的研究提供思路。
关键词: 金属材料;焊接;激光技术;应用
DOI:10.12721/ccn.2022.158087
基金资助:

当前,在科技水平不断取得进步的情况下,随之而来的,是装备制造业对于精度要求的渐趋提升。因此,当前背景下,如何提升金属材料加工的精度成为金属材料加工企业亟待要破解的难题之一。而当前被广泛应用的各种金属材料加工技术中,激光技术因为其加工的高效率和高精度,因此得到了相对较为广泛的推广和应用。在金属材料焊接加工的过程中,对于激光技术的应用成为行业内研究的重点。

一、 激光焊接技术的主要分类

1.1 热传导焊接

热传导焊接是指金属材料在进行焊接加工过程中,通过激光的辐射作用,使金属表面的部分激光得到反射,另一部分激光则被金属材料吸收,在反射和吸收的过程中,就产生了光能向热能的转化。金属材料发生熔化反应,通过传导将外层热向内层传输,因而,热传递现象的发生帮助有效实现了各元件的连接。加热速度快、焊点小、焊缝窄等是热传导焊接的重要特点,另外,热传导焊接的精确度和焊接质量都相对较高。

1.2 激光深熔焊

激光深熔焊是另一种激光焊接技术形式。其主要在是应用在辐射功率和密度都相对较高的情况下。当激光的辐射达到金属材料外层是,会实现光能转化成热能,金属材料发生热熔反应。热熔的过程中,金属材料会通过散发一定量的金属蒸汽而产生反作用力,而蒸汽在形成过程中出现的反作用力,会使金属液体因为挤压而形成凹槽,并会随着激光辐射的逐渐增强而凹槽逐渐增大。当辐射结束后,会形成凹槽周边的液体回流,冷却后就实现了良好的连接效果。激光深熔焊具有高深度比、最小热输入、精确控制等一系列的优势 [1]

二、 金属材料焊接中激光技术应用的特点

2.1 激光技术加工速度快

在金属材料焊接中应用激光技术时,具有加工速度快的特点。一般来说,激光加工技术更多地会应用在钣金零部件等的加工上,尤其是近年来伴随着大功率激光器的广泛应用,激光技术已经成为所有金属和非金属材料加工时的必要应用技术。在激光技术应用方面,能够实现快速地对复杂及三维零部件的快速有效加工。一般来说,激光焊接技术设置时间较短,针对不同外形的零部件都有不错的适应性。因此,在汽车工业制造中,应用了激光精加工技术和微加工技术,实现了汽车结构的进一步优化,从而也提升了汽车的性能。

2.2  激光技术加工精度高

在金属材料焊接中,激光技术的应用还具有加工精度高的特征和优势。对金属材料进行加工时应用的激光技术,无论是焊接还是切割,都有较高的加工精度的要求。比如,就金属焊接的激光技术应用来说,在焊接中,当激光照射到金属零件表面时,零件表面会出现局部的熔化现象。而当前,激光技术在应用中的主要优势之一,就是可以通过对功率和密度的调整,比较金属零件表面的局部熔化部位和熔化温度,并且进行更为精确的控制。激光焊接较传统的焊接方式方向性更强,而在激光焊接的应用过程中,使用激光能够有效减少焊接中有害气体的产生,对于工作人员身体健康和生命安全的保护具有着非常重要的意义。另外,因为激光技术具备对金属材料表面熔化的精确控制的功能,这就保证了金属零部件的焊接点外其他的部位不会受到高温的影响从而出现性能的改变等问题。在此基础上,就能够更稳固地保证焊接的精度和金属材料的性能[2]

2.3 加工质量好

金属材料焊接中对于激光技术的应用,另外一个显著的优势就是能够在保证加工精度的基础上,提升金属材料的加工质量。比如,首先,在金属材料进行焊接的过程中应用了激光技术,因为温度较高的原因,能够实现对金属材料迅速精准的焊接或者切割。在这一基础上,部分熔点相对较高的金属材料就能够实现更加精准和更加高质量的加工。其次,应用激光技术进行金属材料的焊接时,能够对金属材料表面的局部熔化进行最大程度的控制,能够形成的优势是,进行焊接过后,金属零部件表面的毛刺形成就比较少。而这一加工过程完成后,就能够省掉后续对零部件长时间的精加工,在提升了零部件加工质量的同时,还能够很大程度地提升金属零部件加工的效率。

三、 金属材料焊接中应用激光技术的前景展望

3.1 制造业领域

上世纪80年代,激光器的出现帮助激光焊接技术越来越多地在工业化生产中得以广泛应用。而激光焊接技术的逐步发展完善,也改变了工业领域的发展模式,提升了工业的现代化发展步伐。例如,作为新兴产业,汽车制造业中就有大量的激光焊接技术的应用,并且起到了至关重要的作用。汽车制造业因为生产过程中涉及众多精密的金属零部件,这就使得激光焊接技术在汽车生产和制造领域有了用武之地,并且得到了很广泛的技术应用支持。当前,美国和日本是激光焊接应用技术相对发展得较为完善的国家,比如福特、克莱斯等汽车制造企业,激光焊接技术已经获得了较为成熟的应用,并且收获了颇为理想的技术应用效果。而日本的丰田、本田等汽车品牌也因为应用了激光焊接技术,使其加工制造的零部件有了较高的品质和较好的口碑,不但满足了汽车的高精度要求,也在某种程度上推动了汽车制造行业的长远发展。

3.2 航天航空领域

在航空航天领域的制造过程中,应用的焊接技术种类更多,比如电子束焊、激光焊等。而这其中,激光焊接技术因为其独特的技术优势,在航空航天领域的制造业中发挥着更加重要的作用。比如,武器装备制造、飞行器的制造、飞机蒙皮的拼接以及焊接处理等方面,激光焊接技术都有着不可替代的广泛应用。在飞机零部件与材料制造中,对于激光焊接技术的应用,美国是实现最早的国家,相继地,欧洲的其他一些国家也陆续在航空航天领域开始应用激光焊接技术。而印着激光焊接技术的广泛应用,使得制造出的产品不但提升了飞机整体的结构性能,更是提升了飞机的安全性。

3.3 船舶制造领域

近年来,随着科技的迅猛发展,激光焊接技术的应用也改变着船舶制造业的发展方面,使船舶制造向着更加轻量化的方向前进。在船舶制造业中,焊接技术的应用保证了焊接的整体质量的同时,还为该行业的现代化发展趋势提供了助力。例如,激光焊接技术在甲板与舱壁中的应用,收获了不错的焊接处理效果。许多欧洲国家都在船舶制造领域有着较为成熟的激光焊接技术的应用,其以先进性的特征代替传统的焊接技术,提升了船舶制造的质量水平[3]

结语: 近年来,随着我国工业和制造业的迅猛发展,金属材料的激光焊接技术的应用更加成熟。激光焊接技术在金属材料焊接上的应用,不但保证了焊接的质量和效率,同时也能够获得更好的加工制造效果。因此,我们还要加大对于激光焊接技术的创新能力建设,加大研究投入的力度,使该技术能够助力我国装备制造业与工业快速发展,跻身大国行列。

参考文献:

[1]李云妹,谢祖华.激光技术在金属材料加工中的应用[J].冶金与材料,2020,40(05):78-79.

[2]姜雨昂.浅谈激光焊接技术的发展[J].中国新技术新产品,2020(04):56-57.

[3]邹琼琼,龚红英,黄继龙,宋春雨.激光焊接技术的研究现状及发展[J].热加工工艺,2016,45(21):20-23.

作者简介:陈安新(1975.2-)男,汉族,山东济宁人,在职工程硕士,高级讲师。研究方向:金属材料加工。主要从事焊接设备、焊接结构生产、金属材料热处理、焊接实训指导等相关课程的教学工作。

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