激光在工业中的应用

01引言

激光技术自1960年代问世以来，因其高能量密度、良好的方向性和可控性，在工业制造领域迅速发展为关键工具。与传统机械加工方法相比，激光加工具备非接触、高精度、自动化程度高等显著优势，广泛应用于材料切割、焊接、打标、钻孔、及增材制造等的工业制造中。根据激光器类型及其工艺特性，工业激光加工主要分为激光切割、激光焊接和激光增材制造三大类，每种工艺方式均具有独特的作用机制和适用范围。

02激光切割

激光切割是最成熟的工业激光应用之一，利用高功率激光束熔化、汽化材料，并配合辅助气体吹走熔渣，实现高效、精准的切割。CO₂激光器和光纤激光器是目前主流设备，适用于碳钢、不锈钢、铝合金等材料的中薄板切割。该技术的优势在于切缝窄、热影响区小、无需模具且可快速更换加工路径，特别适用于汽车制造、钣金加工与航空航天等高要求行业。

（1）在汽车制造中，激光切割用于生产从车身面板到发动机的各种部件。例如，光纤激光器用于高精度切割高强度钢部件，从而实现汽车的轻量化。

（2）航空航天工业也受益于激光切割技术，特别是在生产由钛和复合材料等先进材料制成的复杂部件方面。例如，超快激光可用于切割形状复杂的钛合金部件，同时最大程度地减少热损伤，确保部件的结构完整性，显著提高了航空航天部件的性能和安全性。

图1. 激光切割原理图

03激光焊接

激光焊接依靠激光束高速熔化金属材料实现连接，具备熔深大、速度快、热输入低的特点。常见焊接模式包括连续激光焊接和脉冲激光焊接，适用于薄板精密焊接及深熔焊场景。相较于电弧焊接，激光焊缝强度高、变形小，适用于动力电池封装、不锈钢器件焊接及核电结构件制造等领域。特别是在电池制造中，激光焊接已成为主流连接方式。

（1）在汽车行业中，激光焊接用于连接车身面板、发动机部件和其他关键部件。例如，光纤激光器用于高精度焊接高强度钢部件，从而形成坚固耐用的接头。

（2）电子行业在电子行业中，激光焊接用于高精度连接小而精密的部件。例如，二极管激光器用于焊接锂离子电池中的电池片，确保电气连接的可靠性。

（3）在航空航天工业中，波音787梦幻客机采用激光焊接工艺连接钛合金与复合材料，大幅减少了铆钉数量，降低了机身重量，提高了燃油效率。

图2. 激光填丝焊接原理图

04激光增材制造

激光增材制造（即激光3D打印）通过逐层熔化粉末或丝材实现复杂结构的逐层堆积，代表了制造方式从“减材”向“增材”的变革。基于激光的增材制造工艺，例如选区激光熔化和直接金属沉积，能够生产具有高精度和高强度的复杂金属部件。相比传统加工，激光增材制造可在保持材料强度的同时，实现复杂结构的一体成型与轻量化设计。

（1）在汽车制造中，法拉利F1赛车的钛合金部件使用激光增材制造技术制造，提高了零部件的耐热性和强度，优化了赛车空气动力学设计。

（2）医疗行业在医疗行业中，基于激光的增材制造用于生产定制植入物和假肢。

（3）在航空航天工业中，基于激光的增材制造被用于生产涡轮叶片和燃油喷嘴等复杂部件。

图3. 3D打印技术发展历史。

​

05结论

激光技术作为先进制造的重要支撑，正在不断拓展其工业应用边界。当前，激光加工也正向更高功率、更高精度和多工艺复合方向发展，例如激光-电弧复合焊、激光超快微加工、激光智能监测系统等。未来，随着高功率半导体激光器、智能控制系统和绿色制造理念的不断推进，激光加工将持续在智能制造、个性化产品与极端材料加工等领域发挥关键作用。

源自网络

审核编辑 黄宇