激光加工技术.pdf

《激光加工技术.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、激光加工技术激光由于其优良的光束特性，自诞生以来，就在工业加工领域起着非常重要的作用，并且不断地深入到工业生产的各个领域，以其独特的优越性，成为未来[1]制造业的重要加工手段，被誉为“21世纪”的加工技术。1激光加工原理利用高强度的激光束，经光学系统聚焦后，激光束的功率密度达到104~1011W/cm2，当激光束照射到材料表面时，由于材料吸收光能后转变为热能，使材料加热升温，改变材料的物理化学性质或将照射区内的材料熔融，甚至汽化溅出，将材料去除或破坏。利用这种激光与材料相互作用时的热效应，便可[2]有效地进行各种激光加工。[3~5]2激光加工的现状近年来，激光加工技术

2、发展非常迅速，发展动向主要集中在一下几个方面。2.1激光焊接技术激光焊接是利用激光作用在金属表面上产生随时熔化而连接金属的一种焊接工艺，许多电子元器件在生产制造过程中需要多种焊接，由于元器件不断小型化发展，要求焊点小、焊接强度高、焊接时对周围热影响区小。传统的焊接工艺难以满足要求，而激光焊接则可以实现。其主要优点是速度快、深度大、变形小；能在温室或特殊条件下进行焊接，焊接设备装备简单；可焊接难熔融材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好等。广泛应用在制造业、粉末冶金、新材料激活、电子工业、航空航天、生物医学等领域。2.2激光微调激光微调是利用激光可聚焦成很小的光

3、斑，能量集中，有选择的汽化部分材料来制造微电子原件的一种方法，目前制造电阻、电容的方法往往达不到所要求的误差范围，如厚、薄电阻和片状电容。用激光对电阻、电容进行精密微调，加工时对邻近的原件热影响极小，不产生污染，易于计算机控制，具有速度快、效率高、可连续监控等优点，与常规微调方法相比，还具有精度高、再现性好和阻1激光加工技术值不随时间变化的特点。其精度可达0.01％~0.02％比传统加工方法的精度和效率高、成本低。2.3激光精密打标激光精密打标技术是采用计算机控制高能量的激光束，按设定的轨迹作用于金属器件等需要进行标记的工件表面，使表层材料达到瞬间汽化，刻蚀出具有一定

4、深度的文字、图案等，从而在物件表面留下永久性标记的一种热加工技术。目前激光精密打标主要用在食品、PVC管材、医药包装材料打标、柔性PCB板打标、划片，金属或非金属镀层去除。2.4激光精密切割激光精密切割时利用聚焦后的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料熔化、汽化、烧灼或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开的一种方法。具有很多优点。如能开出狭窄的切口、几乎没有切割残渣、热影响区小、切割噪声小，并可以节省材料15％~30％，特别适宜对细小部件作各种精密切割。目前，国内在激光精密切割方面的研究已经达到了比较高的水平。2.5激光精密打孔随

5、着技术的进步，在很多工业应用场合传统的打孔方法已不能满足要求。例如在坚硬的碳化钨合金加工直径为几十毫米的小孔；在硬而脆的红、蓝宝石上加工几百毫米直径的深孔，在塑料薄膜上加工出整齐划一、孔径均匀且孔径为几十微米的规则排列的小孔等，常规加工方法无法实现。而激光束的瞬时功率密度高达108W/cm2，可在短时间内将材料加热到熔点或沸点，在上述材料上实现打孔。图1激光加工的密排孔图2激光焊接的金刚石剧片2激光加工技术3存在的问题由于激光高的能量密度，几乎所有的材料都可以进行加工，而不必考虑这些材料的机械性能。尽管如此，传统的激光加工技术在生产实际中也存在着不足。（1）、相对于电

6、子束加工，激光加工具有大的热影响区（2）、因为激光加工的原理，不可避免的融化材料，因此加工后，工件表面[6]精度可能达不到较高的要求，需要进一步精加工。（3）、目前激光加工机器人大多为两轴或三轴的机械手，只能进行简单的加工，而复杂曲面的加工则必须由高性能机器人来完成。对于复杂曲面的加工，其[7]加工质量也取决于机器人的运动精度。（4）、加工过程中，激光聚焦稳定性不够。由于远场发散角的存在，距离越远，激光束的直径越大；在衍射极限范围内，入射于聚焦透镜表面的光束半径R愈大，聚焦光斑半径Rf愈小；聚焦光斑半径Rf愈小，焦深愈短；对于有远场发[8]散角的激光束，其在不同光程位

7、置上的聚焦焦点不同。[9]4制约激光加工技术发展的几个关键问题4.1激光器的质量作为激光加工机械核心的激光器的质量仍是制约激光加工技术发展的关键因素之一，因为激光器的输出参数如功率、能量的稳定性、光束质量、器件的可靠性都影响着激光加工的成品率及效益。4.2激光加工工艺技术激光加工质量的保证和提高在很大程度上是取决于成熟的激光加工工艺技术，即确定加工的最佳工艺参数，它是随激光技术不断发展并经过大量的应用研究与实践而逐渐积累完善起来的。可以这么说，激光加工技术的发展，就是激光加工工艺技术的提高和完善。实时检测系统为激光加工机的研制生产提供研究加工工艺的手