激光加工：传统制造业的革新力量

激光加工，一种通过激光束投射至材料表面引发的热效应进行加工的技术，涵盖了激光焊接、切割、表面改性、打标、钻孔以及微加工等多个领域。其灵活性使得激光束能对各种材料进行精细加工，无论是打孔、切割还是热处理，都能轻松应对。激光加工技术的独特之处在于其适用于任何材料的制造需求，特别是在高精度、特殊场合以及特种材料的加工方面，激光技术展现出了不可替代的优势。

1． 激光加工的原理

激光加工，简而言之，就是利用激光束的高能量，对工件表面进行照射，从而实现材料的切除、熔化以及表面性能的改变。由于激光加工过程中工具与工件表面无直接摩擦，因此具有极高的加工速度，同时减小了工件受热影响的范围，且无噪音产生。此外，激光束的能量和光束移动速度均可灵活调节，使得激光加工能够适应不同的加工需求和范围。

2．激光加工的显著特点

激光加工技术在多个方面都展现出显著优势，这些特点包括：

① 无接触加工与灵活调控：激光加工过程中，高能量激光束的能量和移动速度均可灵活调整，从而实现多样化的加工需求。
② 材料适用性广：该技术能对多种金属、非金属材料进行加工，尤其适用于高硬度、高脆性以及高熔点的材料。
③ 无“刀具”磨损与“切削力”影响：在激光加工过程中，由于没有“刀具”参与，因此不存在“切削力”对工件的影响，减少了工件变形和磨损的可能性。
④ 高效局部加工：激光束能量密度极高，加工速度快，且仅对工件局部进行作用，对非激光照射区域几乎无影响，从而实现了小热影响区、小工件热变形以及小后续加工量的优点。
⑤ 密闭容器内加工：激光束易于通过透明介质，因此可以对密闭容器内的工件进行各种精细加工。
⑥ 灵活适应复杂工件：激光束易于导向和聚集，可实现各方向的变换，与数控系统紧密配合，轻松应对复杂工件的加工需求。
⑦ 高效优质与经济性：采用激光加工技术，生产效率高、质量稳定可靠，同时具有良好的经济效益。

综上所述，激光加工技术在多个方面都展现出了显著的优势和潜力。

1．激光打孔的应用

激光打孔技术采用脉冲激光器，其脉冲宽度控制在0.1至1毫秒之间，非常适合于微孔和异形孔的加工，孔径范围在0.005至1毫米之间。这一技术已广泛应用于多个领域，如钟表和仪表中的宝石轴承、金刚石拉丝模以及化纤喷丝头的精细加工。

2．激光切割、划片与刻字的应用

在造船、汽车制造等重工业领域，百瓦至万瓦级的连续CO2激光器被广泛应用于大工件的切割。这种激光器不仅能确保切割出精确的空间曲线，还能显著提高加工效率。对于小工件的切割，则常选用中、小功率的固体激光器或CO2激光器。此外，在微电子学领域，激光被广泛应用于硅片的切划或窄缝的切割，其速度快且热影响区域小。同时，激光刻字技术也在流水线作业中得到了广泛应用，能够在不影响流水线速度的前提下，为工件刻上永久性的字符或标记。

3．激光微调技术

激光微调技术采用中、小功率激光器，通过移除电子元器件上的微小材料，实现对电参数的精确调整，例如改变电阻值、电容量以及谐振频率等。这种技术具有高精度和快速处理的特点，非常适合大规模生产环境。此外，它还可以应用于修复有缺陷的集成电路掩模，提升集成电路存储器的成品率，甚至对陀螺进行精细的动平衡调节。

4．激光焊接技术

激光焊接技术以其高强度、低热变形和优异的密封性而闻名。它能够轻松应对尺寸和性质差异显著的焊接需求，甚至能够处理熔点极高（如陶瓷）或易氧化的材料。例如，激光焊接在心脏起搏器中的应用，显著提升了其密封性和使用寿命，同时减小了体积。

5．激光热处理

通过激光照射材料，并精心选择波长、控制照射时间和功率密度，可以实现材料表面的熔化和再结晶，从而进行淬火或退火处理。激光热处理的独特之处在于其能够精确控制热处理的深度，灵活选择和处理特定热处理部位，同时减小工件变形。此外，它还能处理形状复杂的零件和部件，并对盲孔和深孔的内壁进行处理。例如，气缸活塞经过激光热处理后，其使用寿命得以显著延长；而激光热处理也可用于恢复因离子轰击而受损的硅材料。

6．强化处理

激光表面强化技术融合了激光束的高能量密度加热与工件的快速自冷却特性。在金属材料的激光表面强化过程中，不同能量密度的激光束会产生不同的效果。当能量密度较低时，它可用于金属材料的表面相变强化；而当能量密度处于较高水平时，工件表面的光斑会形成一个移动的热源，从而引发一系列冶金过程，如表面重熔、表层增碳、表层合金化和表层熔覆。这些技术在实际应用中推动了材料替代技术的发展，为制造业带来了显著的经济效益。

在刀具材料的改性方面，熔化处理是一种关键技术。它涉及金属材料在激光束照射下达到熔化状态，并通过快速凝固形成新的表面层。这种处理方式可根据材料表面组织的转变情况，进一步细分为合金化、溶覆、重溶细化、上釉和表面复合化等多种类型。

此外，激光熔凝也是一种重要的表面改性技术。通过调整激光参数，可以实现对材料表面的快速熔融和冷凝，从而获得更加均匀细腻的组织结构，并达到所需的改性效果。这一技术不仅效率高，而且能够显著提升材料的性能。
1．在激光熔凝过程中，材料表面达到熔化状态后，通过快速凝固形成冶金结合的熔凝层。这一过程无需添加任何金属元素，即可实现与材料基体的紧密结合。
2．激光熔凝技术能够有效排除杂质和气体，同时通过急冷重结晶获得具有高硬度、耐磨性和抗腐蚀性的杂质。这使得熔凝层具有优异的性能。
3．由于熔层较薄且热作用区小，激光熔凝对工件的表面粗糙度和尺寸影响有限。在某些情况下，甚至可以省略后续磨光步骤，直接使用处理后的工件。
4．通过激光熔凝技术，可以显著提高溶质原子在基体中的固溶度极限，实现晶粒及第二相质点的超细化。这有助于形成亚稳相，进而获得无扩散的单一晶体结构甚至非晶态，使生成的新型合金具备传统方法难以达到的优异性能。
5．激光技术具有灵活的光路导向能力，使得它可以轻松处理零件的特殊位置和形状复杂的表面。这一优势在刀具材料表面强化处理中尤为显著。

综上所述，将激光技术应用于刀具材料表面强化处理是提升刀具耐磨性及使用寿命的重要手段。尤其对于陶瓷、硬质合金这类高硬度、耐热性好的刀具材料，激光强化技术能够显著提升其加工效率和精度，并拓展对难加工材料的切削加工能力。因此，深入研究和广泛应用激光表面强化技术对于陶瓷、硬质合金刀具具有重要意义。

此外，激光加工技术在再制造业领域也展现出巨大的潜力。从相变硬化到激光表面合金化和熔覆，再到复合涂层及陶瓷涂层的开发，激光技术不断推动着再制造技术的进步。高功率激光器及其系统的应用，使得激光加工成为再制造领域不可或缺的重要手段。