激光加工技术的应用
2008年第 8期
(总第 205期)
农业装备与车辆工程
AGRICULTURAL EQUIPMENT＆ VEHICLE ENGINEERING
No．8 2O08
(Totally 205)
激光加工技术的应用
李福欣，李青 ，贺晓东
(山东省农业机械科学研究所 ，山东 济南 250100)
摘要 ：介 绍了激光加工技术在金属切割和焊接 方面的优 势与应 用，为企业合理 选用激光加工方式提供 了参考。
关键词 ：激光切割 ；激光焊接 ；优势 ；应 用
中图分类号 ：TG665 文献标识码 ：13 文章编号 ：1673—3 t42(20o8)o8—0046—03
Application of Laser M achining Technology
LI Fu-xin，LI Qing，HE Xiao-dong
(Shandong Agricultural Machinery Research Institute，Jinan 250100，China)
Abstract：The superiority and application of laser machining technology in metal cutting and welding are introduced，which provide
reference to enterprises in selecting laser machining ways．
Key W ords：laser cutting；laser welding；superiority；application
引言 的应用情况。
2O世纪2O年代爱 因斯坦提出的光受激辐射的
概念预见 了激光的产生 ，4O年后 的 1960年美 国科
学家梅曼率先研制成功的第一台红宝石激光器标志
着激光的正式诞生 ，随后 ．激光技术迅猛发展。继固
体激光器后 ，气体激光器 、化学激光器 、染料激光器 、
原子激光器 、离子激光器 、半导体激光器 、x射线激
光器和光纤激光器相继问世 ，应 用领域也扩展到诸
如电子 、轻工 、包装 、礼品 、小五金工业 、医疗器械 、汽
车 、机械制造 、钢铁 、冶金 、石油等 ，为传统工业 的技
术改造和制造业的现代化提供先进的技术装备。
激光与普通光相 比有 4个特性 即：单色性 (单
一 波长)、相干性 、方 向性和高光强。激光束易于传
输 ，其时间特性和空间特性可以分别控制 ，经聚焦后
可得到极小的光斑 ，具有极高功率密度的激光光束
可 以熔化 、气化任何材料 ，也可对材料的局部区域进
行精密快速加工 。加工过程 中输入工件的热量小 ，
热影响 区和热变形小 ；加工效率高 ；易于实现 自动
化。激光技术是一 门综合性高新技术 ，涉及光学 、机
械学 、电子学等学科。同样 ，激光加工设备也涉及到
众多学科 ．因而决定了它的高科技性和高收益率 。
纵观国际和 国内激光应用情况 经过多年的研究开
发和完善 ．当代的激光器 和激光加工技术与设备已
相当成熟 ．形成了系列激光加工工艺 。
本文介绍激光加工技术在金属切割 、焊接方面
收稿 日期：2008-04—07
作者简介：李福欣(1978一)，辽宁朝阳人，助理 工程师 ，研究方 向：激
光加工工艺。
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1 激光切割 的特点及应用
激光切割是当前各 国应用最多 的激 光加工技
术 ，在 国外许多领域 ，例如，汽车制造业和机床制造
业都采用激光切割进行钣金零部件的加工。随着大
功率激光器光束质量的不断提高 ，激光切割的加工
对象范 围将更加广泛 ，几乎包括了所有的金属和非
金属材料。例如可以利用激光对高硬度 、高脆性 、高
熔点的材料进行形状 复杂 的三 维立体零件切割 ，这
也正是激光切割的优势所在
现在 ，选用激光切割系统的企业主要分两类 ：一
类是大中型制造企业 ，这些企业生产的产品中有大
量板材需要下料 、切料 ，并且具有较强的经济和技术
实力：另一类统称为加工站 ，专门对外承接激光加工
业务，自身没有主导产品。它的存在一方面可满足一
些中小企业加工的需要 ，另一方面在初期对推广应
用激光切割技术带来宣传示范的作用 。
激光切割 的几项关键技术是光、机 、电一体化的
综合技术。激光光束的参数 、机器与数控系统的性能
和精度都直接影响激光切割 的效率和品质 。激光切
割的精准度 、效率和品质因不同的参数而改变 ，如切
割功率 、速度 、频率 、材料厚度及材质等，故操作人员
的丰富经验尤其重要 。
1．1 激光切割的主要优点
(1)切割品质好 ：切 口宽度窄 (一般为 0．1—
0．5ram)、精度高(一般孔中心距误 差 0．1—0．4mm，轮
廓尺寸误 差 0．1～0．5ram)、切 口表面粗糙 度好 (一般
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李福欣 等 ：激光加工技术的应用 2008年 8月
Ra为 12．5～25 m)，切缝一般不需要二次加工即可
焊接。(2)切割速度快 ，例如采用 2kW 激光功率 ，厚
度 8ram的碳钢切割速度为 1．6m／min；厚度 2mm 的
不锈钢切割速度为 3．5m／min，热影 响区小 ，变形极
小 。(3)清洁、安全 、无污染 ，大大改善了操作人员 的
工 作 环境 。
激光切割属于非接触光学热加工 ．被誉为“永不
磨损 的万能工具 ”。工件可以进行任意形式 的紧密
排料或套裁 ，使原材料得 到充分利用 。由于是非接
触加工 ．加工后的零件的扭 曲现象降至最低并减 少
了磨损量 。
其实激光切割亦有其不足之处 ．就精度和切 口
表面粗度而 占，激光切割未能超过电加工 ，就切割厚
度而言难 以达到火焰 和等离子切割的水准 。另外它
亦不能像转塔冲床一样进行成型 、攻牙及折边等。
1．2 激光切割与冲床的比较
以前 ．钣金加工行业利用传统 冲床进行 冲压 ，以
后发展至数控转塔冲床及复合机床 。随着社会进步 ，
激光切割技术亦被引入至金属加工行业 目前 已成
为工业上板材切割的一种发展迅速 、应 用广泛 的先
进加工方法。据非正式统计 ．我 国在工业生产 中使
用 的激光切割系统累计 已超过 500台．约 占全世界
正 在运行 系 统总量 的 2％。
在金属加工行业 中．激光切割广泛应用于厚度
不超过 20mm的低碳钢及 8ram的不锈钢 ，其 中钣金
件大多数为轮廓形状复杂及批量不大 ．例如 自动电
梯结构件、升降电梯面板 、机床及粮食机械外罩 、各
种电气柜 、开关柜 、纺织机械零件 、工程机械结构件 、
大电机硅钢片等。另外 ，一些装饰 、广告 、服务行业
用的金属 图案、标识 、字体亦可利用激光切割制造 。
数控砖塔 冲床适合大批量生产形状简单的产品。成
品有 电气柜 、通讯系统交换机柜 、电梯 门板及扶手面
板 、钢制家具等。
从相 同的切割加工与冲压条件相 比较 ．激光切
割机的价格一般 比数控砖塔冲床高 ，但由于其灵活
性及其它各方 面的优势 (例如激光切割只需按照绘
图形状切割 、另 外亦不需 制造模具 ，使生产周期缩
短)。近年来 ，部分厂商逐渐意识到它所带来 的高效
益 ，为了提升市场竞争力 ，企业在拥有多台数控砖塔
冲床的同时 ，购置激光切割机 ，以适应 各类型 的产
品。所 以，与其说激光切割机与数控砖塔 冲床存在竞
争 ，到不如说是互相补充更为贴切。
2 激 光切割的典型应 用
2．1 汽车领域 的应用
先进的三维激光设备 ，不但可 以实现车体零件
的切割 ．还可实现整个轿车车身整体 的切割 、焊接 、
热处理 、熔覆 、甚至三维测量 ，从而实现常规加工无
法实现的技术要求。德 国通快公 司的三维激光设备
在奔驰公司、奥迪公司 、宝马公司 、大众公司、通用公
司 、福特 公司 、雷诺 公司 、SKODA公司 、欧宝公 司 、
SAAB公司 、VOLVO公司和戴姆勒一克莱斯勒公 司
成功地应用多年。
2．2 航 空领 域 的广 泛应 用
国际上众多的航空发动机企业采用三维激光设
备进行燃烧器段 的高温合金材 料的切割和打孔任
务 ．在军用和民用航空器的铝合金材料或特殊材料
的激光切割都获得 了成功。
3 激 光焊接的特点及应 用
激光焊接是一种高速度、非接触 、变形极小的焊
接方式 ．非常适合大量而连续的在线加]二。随着激光
设备和加工技术的发展 ．激光焊接能力也在不断增
强 。 目前 ，使用 4kW 的 C0 激光器焊接 1mm的板
材 ，焊接速度高达 20m／min，例如 ，汽车行业的轿 车
箱底的大板拼接焊接工作等。激光焊接的方式主要
有传导焊和穿透焊 2种。 目前全球的激光应用主要
以穿透焊为主。近些年来 ．高功率万瓦级激光器在机
械 、汽车 、钢铁等工业部门获得 了日益广泛的应用 。
激光焊接机与其他焊接技术比较 ，主要优点是 ：
(1)激光焊接速 度快 ，焊缝 深宽 比很大 (可达
5～10)，变形 小 。
(2)适合于精密件 、箱体件和有密封要求 焊接
件的加工。激光束经聚集后可获得很小 的光斑 ．能精
密定位 ，可应用于大批量 自动化生产 ．不仅生产效率
大大提高 ，且热影 响区小 ，焊点无污染 ．大大提高 了
焊接的质量。 ．
(3)激光焊缝机械性能好 ．一般焊缝的机械性
能均强 于母 材
(4)焊接时 ，无需屏蔽或真空环境 ．对工业化规
模生产意义很大
(5)通过激光送丝焊接和激光送粉焊接等新工
艺技术，实现激光产业化应用，开拓了激光焊接新的
应 用 领域 。
(6)可焊接难 以接近的部位 ．实施非接触远距
(下转第 50页)
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2008年第 8期 农业装备与车辆工程
在发动机及其电源系统正常 工作时，蓄电池继电
器励磁线 圈的电流由起动开关 “M”接柱与负载速断
继电器“5”接柱共同提供，蓄电池继电器触点闭合。
当发动机熄火时 ，即关闭起动开关．此时起动开
关端子“B”与端子“M”断开。在起动开关断开后的一
段时间内，负载速断继电器线圈继续通电 ，触点“3”、
触点“5”闭合 ，蓄电池继电器励磁线圈继续 通电 ，蓄
电池触点闭合 。直 到发动机可靠熄火 ，负载速断继
电器线 圈才开始断电，蓄电池继电器断电，蓄电池继
电器触点断开。
由以上分析可知 ，发动机在熄火过程 中，起动开
关断开，由于负载速断继电器使蓄电池继续通电 ，使
发电机的充电电路继续导通。从而有效地避免在发
动机熄火过程中冲击电压的产生 ，使监测器 、泵控制
器等重要部件免受损害。
EX200—5挖掘机 负载速断继 电器T作情况 分
析如下 ：
发 电机发电时 ，来 自交流发电机端子 P的电流
被引导到监测器端子 42上 ．使监测器端子 18的晶
体管转到导通状态 ，蓄电池 电流供给到负载速断继
电器 的励磁 电路上 ，其工作 电流流 向是 ：蓄电池正
极一蓄电池继电器接柱一保险丝一负载速断继电器
1接柱一负载速断继电器励磁线圈一负载速断继电
器接柱 监测器端子 l8一接地一 蓄电池负极 ．此
时负载速断继电器接柱“3”与接柱“5”接通。若起动
开关保持接通(保持 ON位置 )，负载速断继 电器接
柱“3”与接柱“5”之间等电势 ，蓄电池继电器 的励磁
电流由起动开关与负载速断继 电器共同提供 ；若此
时起动开关转到 OFF位置 ，蓄电池 电流通过负载速
断继电器流向激励蓄电池继电器，使蓄电池继电器
保持_T作状态 ，直到交流发 电机停止发电。工作电流
流 向是 ：蓄 电池正极一 蓄 电池继 电器接柱一保 险
丝一 负载速断继 电器接柱 3一负载速断继 电器接柱
5一蓄电池继 电器励磁线 圈一接地一 蓄电池负极 。
3 结束语
随着挖掘机的大量引进及 国产化程度 的提高，
在重视如工程机械用电脑等重要电子设备的正确运
用和维护 同时，也应当重视工程机械电控系统线路
的工作过程的理解与分析 ，以便维修或驾驶人员能
够正确连接电器设备快速解除故障，提高工程机械
的完好利用率。
参考文献
[1]朱齐平．进 13"挖掘 机维修手册 [M]辽宁 ：辽 宁科学技 术 出版社 ，
2004：110-111．
[2 3张铁 ，王辉君 ，朱明 才．工程 建设 机械 电器及 电控 系统 [M]．东营：
石 油大学出版社 ．2003：271—279．
[31赵仁杰 _T-程机械 电气设备[M ]．北京 ：人 民交通出版社 ，2002．
(上 接 第 47页 )
离焊接。尤其是近几年来，在 YAG激光加工技术 中
采用 了光纤传输技术 ，使激光焊接技术获得 了更广
泛的推广与应用 。
总之 ，激光焊接有如下优势 ：高强度 ，超长寿命 ；
高焊接速度 ，效率高 ；搭接接 fI]工 岂简单 ，废品率低 ；
低定位精度适于产业化生产。主要应用于军工企业 、
食品工业 、化学工业 、石化工业 。
激光焊接 ，拼成 2m宽的钢板。
4．2 激 光焊接 在齿 轮／3rim方 面 的应 用
激光焊接齿轮的工艺从根本上改变了传统的设
计和制造理念 ，为齿轮箱体类部件 的加_T提供了更
好的经济 陛和更为紧凑 的结构 。使用激光焊接齿轮
工艺 ．需要先加工整个环状长齿 圈，然后截成若干个
齿圈 ．再分别根据齿轮箱的要求焊在传动轴上。
4 激光焊接 的典 型应 用 5 结束语
4．1 激 光焊 接汽 车 用大板 拼接 的应 用
为了满足汽车行业对宽幅钢板和特殊功能钢板
的需求，通过激光焊接进行大板拼接 ，满足汽车厂大
型三维功能冲压件的要求 。全球汽车制造商都已实
现此类部件的激光焊接应用 。例如 ，奔驰 、宝马 大
众 、通用 、丰 田、欧宝 SAAB、戴姆勒一克莱斯勒等众
多公司都早 巳应用。可以把 1m宽的冷轧钢板 ，通过
· 50·
激光加_T技术 已在众多领域得到广泛应用 ，随
着激光加工技术 、设备 、工艺研究的不断深入 ，将具
有更广阔的应用前景。
参考文献
[1]关振 中激 光加 工工艺手册 [M]．北京 ：中国计量 出版社，1998
[2]张宪，激 光加 工技 术[M]，北京：化学工业 出版社，2O【】4．
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