激光加工技术的原理及应用

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1、激光加工技术摘要激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料（包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一种加工新技术，涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科。由于激光加工热影响区域小，光束方向性好，几乎可以加工任何材料。常用来进行选择性加工，精密加工。由于激光加工的特殊特点，其发展前景广阔，目前已广泛应用于激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、切削加工，快速成形，激光钻孔和基板划片，半导体处理等。关键词：原理、应用﹑新技术、精密加工、引言激光是本世纪的重大发明之一，具有巨大的技术潜力。专家们认为，现在是电子技术的全胜时期，其主角是

2、计算机，下一代将是光技术时代，其主角是激光。激光因具有单色性、相干性和平行性三大特点，特别适用于材料加工。激光加工是激光应用最有发展前途的领域，国外已开发出20多种激光加工技术。激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，特别适用于自动化加工。激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。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，包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等。用激光

3、束对材料进行各种加工，如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。激光能适应任何材料的加工制造，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。第11页共11页正文1﹑激光加工技术的原理及其特点1．1激光加工的起源早期的激光加工由于功率较小，大多用于打小孔和微型焊接。到20世纪70年代，随着大功率二氧化碳激光器、高重复频率钇铝石榴石激光器的出现，以及对激光加工机理和工艺的深入研究，激光加工技术有了很大进展，使用范围随之扩大。数千瓦的激光加工机已用于各种材料的高速切割、深熔焊接和材料热处理等方面。各种专用的激光加工设备竞相出现，并与光电

4、跟踪、计算机数字控制、工业机器人等技术相结合，大大提高了激光加工机的自动化水平和使用功能。1.2激光加工的原理激光加工是以激光为热源对工件进行热加工。激光加工是将激光束照射到工件的表面，以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工可应用到不同层面和范围上。从激光器输出的高强度激光经过透镜聚焦到工件上，其焦点处的功率密度高达107～1012瓦／厘米2，温度高达1万摄氏

5、度以上，任何材料都会瞬时熔化、气化。激光加工就是利用这种光能的热效应对材料进行焊接、打孔和切割等加工的。通常用于加工的激光器主要是固体激光器（图1）和气体激光器（图2）。使用二氧化碳气体激光器切割时，一般在光束出口处装有喷嘴，用于喷吹氧、氮等辅助气体，以提高切割速度和切口质量。由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工可应用到不同层面和范围上。第11页共11页加工过程大体上可分为如下几个阶段：1.激光束照射工件材料

6、（光的辐射能部分被反射，部分被吸收并对材料加热，部分因热传导而损失）；2.工件材料吸收光能；3.光能转变成热能是工件材料无损加热（激光进入工件材料的深度极浅，所以在焦点中央，表面温度迅速升高）；4.工件材料被熔化、蒸发、汽化并溅出去除或破坏；5.作用结束与加工区冷凝。1.3激光加工的特点第11页共11页激光具有的宝贵特性决定了激光在加工领域存在的优势：1.由于它是无接触加工，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的。2.它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性、及高熔点的材料。3.激光加工过程中无“刀具”磨损，无

7、“切削力”作用于工件。4.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，其热影响区小，工件热变形小，后续加工量小。5.它可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。6.由于激光束易于导向、聚集实现作各方向变换，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.使用激光加工，生产效率高，质量可靠，经济效益好。例如：1美国通用电器公司采用板条激光器加工航空发动机上的异形槽，不到4H即可高质量完成，而原来采用电火花加工则需要9H以上。仅此一项，每台发动机的造价可省5万美元。2激光

8、切割钢件工效可提高8-20倍，材料可节省15-30%