激光加工原理、应用现状和展望

《激光加工原理、应用现状和展望》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、激光加工原理、应用现状和展望【摘要】激光加工的原理是利用激光束与物质相互作用，使工件在光热效应下产生高温熔融和受冲击波抛出，从而实现对材料（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。该技术涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科。激光自其诞生之日来，已对人类生活产生了巨大影响。其应用已渗入到人类生活的方方面面，比如监测、检测、制造业、医学、航天等。工程上常用来进行选择性加工，精密加工等。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

2、加工，快速成形，激光钻孔和基板划片，半导体处理等。作为一种先进的制造技术，激光加工技术对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用，对国民经济的发展也起到了很大的推动作用。【关键词】激光加工；原理；应用；前景0前言激光是最重大的发明之一，具有巨大的技术潜力。它具有强度高、方向性好、单色性好的特点，因此特别适合进行材料加工。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。从早期功率小、多用于打小孔和微型焊接到现在的大功率二氧化碳激光器和高重复频率

3、钇铝石榴石激光器，激光加工技术有了很大进展。激光的空间控制性和时间控制性很好，能够自由地对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境进行控制，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。1激光加工的原理1.1激光的特性激光是一种光，它具有一般光的共性（折射、反射、干涉等）。由于激光发射是受激辐射为主，因而发光物质中基本上是有组织地、相互关联地产生光发射的，发出的光波具有相同的频率、方向、偏

4、振态和严格的位相关系，所以激光拥有强度高、单向性好、相干性好和方向性好这些特性［1］。1.2激光加工的原理由于激光的发散角小和单色性好，理论上可以聚焦到尺寸与光的波长相近的小斑点上，再加上其强度高，因此其加工的功率密度可迗到108〜1010W/Cm2,温度可迗1万摄氏度以上。在这样的高温下，任何材料都将瞬时急剧熔化和汽化，并爆炸性地高速喷射出来，同时产生方向性很强的冲击。因此，激光加工是工件在光热效应下产生高温熔融和受冲击波抛出的综合过程。1.3激光加工的设备及加工流程激光加工的基本设备包括激光器、电

5、源、光学系统及机械系统等四大部分。目前常用的激光器按激活介质的种类可以分为固体激光器和气体激光器，如图1、图2所示。激光加工过程大体上可分为如下几个阶段：1）将激光束照射工件（在照射过程中，光的辐射能部分被反射，部分被吸收，部分因热传导而损失）；2）工件材料吸收光能；3）光能转变成热能使工件材料无损加热（激光射到工件材料的深度很小，所以在焦点的中央，工件的表面温度迅速升高）；4）工件材料发生熔化、蒸发、汽化并溅出，从而从工件上去除或破坏掉；5）作用结束以及加工区冷凝。1.4激光加工的特点1）激光加工的

6、光斑大小可以聚焦到很小，甚至微米级，而且输出功率可进行调节，因此适用于进行精密精细加工；2）激光加工为非接触加工，无机械力作用于工件上，所以对工件不会产生损伤，也不会产生工具的损耗问题；3）激光加工的速度快，热影响区小，容易实现加工过程的自动化；4）激光加工设备装置简单；5）激光加工可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行加工。2激光加工的应用现状由于激光加工有其它加工工艺无法比拟的优点，因此它被广泛应用于很多行业进行材料加工、零件制造等，例如激光快速成形技术、激光切割技术、激光打孔技术、激光焊接技术、

7、激光打标技术、激光熔覆技术、激光近形（LENS）制造技术、激光划线技术、激光热处理和表面处理技术等。2.1激光快速成形技术激光快速成形技术是根据零件的CAD模型，，用激光束将光敏聚合材料逐层固化，精确堆积成样件，不需要模具和刀具即可快速精确地制造形状复杂的零件，如图3所示。该技术已在航空航天、电子、汽车等工业领域得到广泛应用。美国、日本、德国已相继开发出多种快速成型技术，如液体光敏树脂固化、熔融沉积成型、实体叠层制造、分层固化、选择性激光烧结、3D喷射印刷等技术［2］。2.2激光切割技术激光切割技术是

8、采用重复频率较高的脉冲激光器或连续输出的激光器，将材料置于激光热源的照射下，引起照射点材料温度急剧上升从而熔化、汽化被切材料。通过工件与激光束的相对移动，同时用平行光轴的强气流吹走熔化或汽化了的材料，形成光滑的切缝，如图4所示。它既可以切割金属，也可以切割非金属；既可以切割无机物，也可以切割有机物。2.3激光打孔技术激光打孔技术与激光切割技术基本原理相同，都是使材料在激光热源照射下产生一系列热物理现象。利用激光几乎可以在任何材料上打出微小的孔，如图5所示