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1、激光加工的研究现状及发展趋势刘佳（长沙理工大学汽车与机械工程学院长沙410000）摘要：激光加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程的一种新型特种加工技术，由于其诸多优点，已广泛应用于各种领域，尤其在一些有特殊精度和要求、特别场合和特种材料的加工制造方面起着无可替代的作用，是以后机械加工的主要研究方向。关键词：激光加工、研究方向、发展前景 一、激光加工的原理激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工的。激光加工不需要工具、加工速度快、表面变形小，可加工各种材料。用
2、激光束对材料进行各种加工，如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。某些具有亚稳态能级的物质，在外来光子的激发下会吸收光能，使处于高能级原子的数目大于低能级原子的数目——粒子数反转，若有一束光照射，光子的能量等于这两个能相对应的差，这是就会产生受激辐射，输出大量的光能。二、激光加工的优点1、激光功率密度大，工件吸收激光后温度迅速升高而熔化或汽化，即使熔点高、硬度大和质脆的材料(如陶瓷、金刚石等)也可用激光加工； 2、激光头与工件不接触，不存在加工工具磨损问题； 3、工件不受应力，不易污染； 4、可以对运动的工件或密封在
3、玻璃壳内的材料加工；5、激光束的发散角可小于1毫弧，光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒,同时,大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至十千瓦量级，因而激光既适于精密微细加工,又适于大型材料加工；6、由于激光束易于导向、聚集实现歌方向变换，极易与数控系统配合，对复杂工件进行加工，因此是一种极为灵活的加工方法7、激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有影响或影响极小。因此，七热影响区域笑，工件热变形小，后续加工量小。三、主要研究内容 （1）建立激光加工设备参数的
4、检测手段，并进行方法研究。 （2）激光切割技术研究。对现有的激光切割系统进行二次开发和产业化，提供性能好、价格便宜的2－3轴数控CO2切割机，并开展相应的切割工艺的研究，使该工艺广泛用于材料加工、汽车、航天及造船等领域。为此应着重在激光器外围装置，如：导光系统、过程监测和控制、喷咀、浮动装置的设计和研制以及CAD／CAM等方面开展工作。 （3）激光焊接技术研究。开展激光焊接工艺及材料、焊接工艺对设备要求及焊接过程参数监测和控制技术研究，从而掌握普通钢材、有色金属及特殊钢材的焊接工艺。 （4）激光表面处理
5、技术研究。开展维CAD／CAM技术、激光表面处理工艺、材料性能及激光表面处理工艺参数监测和控制研究，使激光表面处理工艺能较大幅度的应用于生产。 （5）激光加工光束质量及加工外围装置研究。研究各种激光加工工艺对激光光束的质量要求、激光光束和加工质量监控技术，光学系统及加工头设计和研制。 （6）开展激光加工工艺技术研究，重点是材料表面改性和热处理方面的研究和推广应用；开展激光快速成形技术的应用研究，拓宽激光应用领域四、激光加工的研究方向1、PCB激光微通道打孔近几年,激光技术已经广泛应用于高密度印刷线路板微通道
6、打孔及芯片封装设备中,目前全世界已经安装了1400多套激光打孔系统,这一数字将近是几年前的两倍(1999年大约为350套)。最新的世界微通道打孔信息显示,每年有超过300,000平方米的高密度多层印刷线路板是用激光来打孔的。1999年6月的生产量为200,000平方米/月,而到2000年8月达到了300,000平方米/月,相比之下,有50%的增长。到2000年底,每月微通道打孔的产量增加到超过450,000平方米。2、激光焊接塑料 随着塑料在汽车、医疗设备及电子等行业的零部件设计、制造上日趋广泛的使用,如汽车的仪表板和
7、仪表盘、刹车显示灯、方向指示器等,而且原先许多传统使用金属的零部件(汽车进气管、油箱、过滤器、医学上使用的流体输送系统等)也开始逐渐被塑料所代替,因此,在塑料制品的加工过程中人们渴望一种更加快速、有效、干净的塑料焊接方式。大功率光纤激光塑料焊接系统可完全满足这方面的市场需求,为用户提供先进、高效的焊接技术。 目前国内市场上普遍使用的塑料焊接技术主要有振动摩擦焊接、热板式塑料焊接及超声波焊接等焊接技术。由于材料和设备方面的进步,使激光焊接技术作为一种连接塑料制品的专门方法得到了生产厂家的认可,主要用于连接敏感性塑料制品(
8、含有线路板)、具有复杂几何形状的塑料件以及有严格洁净要求的塑料制品(医药设备)等等。4、大功率光纤激光器在船舶制造业中的应用 欧美及日本主要的大型船厂已大量采用激光加工技术。采用先进的LEGO原理,船体分段制造、拼接总装而成。 采用激光焊接技术,使该航母的重量降低大约200吨。船体平板为了适应海洋流体力学的需要,都被设计成具有复杂
