激光加工技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

1、激光加工技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展摘要：激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對材料(包括金屬與非金屬)進(jìn)行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工等的一門技術(shù)。激光加工作為先進(jìn)制造技術(shù)已廣泛應(yīng)用于汽車、電子、電器、航空、冶金、機(jī)械制造等國民經(jīng)濟(jì)重要部門，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率、自動化、無污染、減少材料消耗等起到愈來愈重要的作用。關(guān)鍵詞：加工原理、發(fā)展前景、強(qiáng)化處理、發(fā)展前景。一 激光加工的原理及其特點(diǎn)1. 激光加工的原理激光加工利用高功率密度的激光束照射工件,使材料熔化氣化而進(jìn)行穿孔、切割和焊接等的特種加工。早期的激光加工由于功率較小，大多用于打小孔和微型焊接。數(shù)千瓦的激光加工機(jī)已用于各種材料的高

2、速切割、深熔焊接和材料熱處理等方面。各種專用的激光加工設(shè)備競相出現(xiàn)，并與光電跟蹤、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制、工業(yè)機(jī)器人等技術(shù)相結(jié)合，大大提高了激光加工機(jī)的自動化水平和使用功能。 激光具有的寶貴特性決定了激光在加工領(lǐng)域存在的優(yōu)勢：由于它是無接觸加工，并且高能量激光束的能量及其移動速度均可調(diào)，因此可以實(shí)現(xiàn)多種加工的目的。它可以對多種金屬、非金屬加工，特別是可以加工高硬度、高脆性、及高熔點(diǎn)的材料。 激光加工過程中無“刀具”磨損，無“切削力”作用于工件。激光加工過程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，對非激光照射部位沒有影響或影響極小。因此，其熱影響區(qū)小，工件熱變形小，后續(xù)加工量小。它可以通過透明

3、介質(zhì)對密閉容器內(nèi)的工件進(jìn)行各種加工。由于激光束易于導(dǎo)向、聚集實(shí)現(xiàn)作各方向變換，極易與數(shù)控系統(tǒng)配合，對復(fù)雜工件進(jìn)行加工，因此是一種極為靈活的加工方法。使用激光加工，生產(chǎn)效率高，質(zhì)量可靠，經(jīng)濟(jì)效益好。雖然激光加工擁有許多優(yōu)點(diǎn)，但不足之處也是很明顯的。二 激光技術(shù)用激光束對材料進(jìn)行各種加工，如打孔、切割、劃片、焊接、熱處理等。激光加工有許多優(yōu)點(diǎn)：激光功率密度大，工件吸收激光后溫度迅速升高而熔化或汽化，即使熔點(diǎn)高、硬度大和質(zhì)脆的材料(如陶瓷、金剛石等)也可用激光加工；激光頭與工件不接觸，不存在加工工具磨損問題；工件不受應(yīng)力，不易污染；可以對運(yùn)動的工件或密封在玻璃殼內(nèi)的材料加工；激光束的發(fā)散角可小于1毫

4、弧，光斑直徑可小到微米量級,作用時(shí)間可以短到納秒和皮秒,同時(shí),大功率激光器的連續(xù)輸出功率又可達(dá)千瓦至十千瓦量級，因而激光既適于精密微細(xì)加工,又適于大型材料加工；激光束容易控制,易于與精密機(jī)械、精密測量技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)加工的高度自動化和達(dá)到很高的加工精度；在惡劣環(huán)境或其他人難以接近的地方，可用機(jī)器人進(jìn)行激光加工。激光打孔 采用脈沖激光器可進(jìn)行打孔,脈沖寬度為0.11毫秒,特別適于打微孔和異形孔,孔徑約為0.0051毫米。激光打孔已廣泛用于鐘表和儀表的寶石軸承、金剛石拉絲模、化纖噴絲頭等工件的加工。激光切割、劃片與刻字 在造船、汽車制造等工業(yè)中,常使用百瓦至萬瓦級的連續(xù)CO2激光器對大

5、工件進(jìn)行切割,既能保證精確的空間曲線形狀,又有較高的加工效率。對小工件的切割常用中、小功率固體激光器或CO2激光器。在微電子學(xué)中，常用激光切劃硅片或切窄縫，速度快、熱影響區(qū)小。用激光可對流水線上的工件刻字或打標(biāo)記，并不影響流水線的速度，刻劃出的字符可永久保持。激光微調(diào) 采用中、小功率激光器除去電子元器件上的部分材料，以達(dá)到改變電參數(shù)（如電阻值、電容量和諧振頻率等）的目的。激光微調(diào)精度高、速度快，適于大規(guī)模生產(chǎn)。利用類似原理可以修復(fù)有缺陷的集成電路的掩模，修補(bǔ)集成電路存儲器以提高成品率，還可以對陀螺進(jìn)行精確的動平衡調(diào)節(jié)。激光焊接 激光焊接強(qiáng)度高、熱變形小、密封性好，可以焊接尺寸和性質(zhì)懸殊，以及熔

6、點(diǎn)很高(如陶瓷)和易氧化的材料。激光焊接的心臟起搏器，其密封性好、壽命長，而且體積小。激光熱處理 用激光照射材料，選擇適當(dāng)?shù)牟ㄩL和控制照射時(shí)間、功率密度，可使材料表面熔化和再結(jié)晶，達(dá)到淬火或退火的目的。激光熱處理的優(yōu)點(diǎn)是可以控制熱處理的深度，可以選擇和控制熱處理部位，工件變形小,可處理形狀復(fù)雜的零件和部件,可對盲孔和深孔的內(nèi)壁進(jìn)行處理。例如，氣缸活塞經(jīng)激光熱處理后可延長壽命；用激光熱處理可恢復(fù)離子轟擊所引起損傷的硅材料。強(qiáng)化處理 激光表面強(qiáng)化技術(shù)基于激光束的高能量密度加熱和工件快速自冷卻兩個(gè)過程，在金屬材料激光表面強(qiáng)化中，當(dāng)激光束能量密度處于低端時(shí)可用于金屬材料的表面相變強(qiáng)化，當(dāng)激光束能連密度

7、處于高端時(shí)，工件表面光斑出相當(dāng)與一個(gè)移動的坩堝，可完成一系列的 冶金過程，包括表面重熔、表層增碳、表層合金化和表層熔覆。這些功能在實(shí)際應(yīng)用中引發(fā)的材料替代技術(shù)，將給制造業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。光束可以通過光路導(dǎo)向，因而可以處理零件特殊位置和形狀復(fù)雜的表面。綜合激光技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及以被廣泛應(yīng)用的技術(shù)的缺點(diǎn)，把激光技術(shù)應(yīng)用于刀具材料表面強(qiáng)化處理，將是提高刀具耐磨性及其使用壽命的重要途徑之一，尤其對于陶瓷、硬質(zhì)合金刀具這種高硬度、耐熱性好等優(yōu)點(diǎn)，有利于提高加工效率和加工精度，并能對難加工材料如淬火鋼在不利的加工條件下進(jìn)行切削加工。由于它們強(qiáng)度相對較低，韌性較差，嚴(yán)重地限制了它們的應(yīng)用范圍，因此把激光表面強(qiáng)

8、化技術(shù)應(yīng)用于陶瓷、硬質(zhì)合金刀具具有深刻的研究意義和廣闊的應(yīng)用前景。三 激光加工的發(fā)展前景 激光加工用于再制造業(yè)和應(yīng)用于其他制造業(yè)一樣，有其不可替代的優(yōu)點(diǎn)，并優(yōu)于其它加工技術(shù)。激光加工用于再制造業(yè)是由相變硬化發(fā)展到激光表面合金化和激光熔覆，由激光合金涂層發(fā)展到復(fù)合涂層及陶瓷涂層，從而使得激光表面加工技術(shù)成為再制造的一項(xiàng)重要手段。它主要是采用5KW10KWCO2高功率激光器及其系統(tǒng)。 與國際上激光加工系統(tǒng)相比，我國的激光加工系統(tǒng)差距甚大，僅占全球銷售額的4%左右。主要表現(xiàn)為：高檔激光加工系統(tǒng)很少，甚至沒有；主力激光器不過關(guān)；微細(xì)激光加工裝備缺口較大；而這些領(lǐng)域我國的生產(chǎn) 加工企業(yè)正在積蓄力量穩(wěn)步進(jìn)入，國內(nèi)應(yīng)用市場有很大發(fā)展空間。國內(nèi)各類制造業(yè)接受了激光加工技術(shù)，它可使他們的產(chǎn)品增加技術(shù)含量，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代，為適應(yīng)21世紀(jì)高新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化、滿足宏觀與微觀制造的需要，研究和開發(fā)高性能光源勢在必行。目前正在積極研制超紫外、超短脈沖、超大功率、高光束質(zhì)量等特征的激光，尤其是能適應(yīng)微