激光切割技術(shù)國內(nèi)進展及應(yīng)用案例論文

1、激光切割技術(shù)國內(nèi)進展及應(yīng)用案例 學(xué)院：機械工程學(xué)院系：機械制造班級：11機制2班制作人：劉卓聿、雷豐源指導(dǎo)老師：龔老師 【摘要】隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國正從一個制造大國向制造強國邁進。激光加工制造技術(shù)是一項集光、機、電于一體的先進制造技術(shù)，在許多行業(yè)中已得到了越來越普遍的應(yīng)用。而在工業(yè)生產(chǎn)中，激光切割占激光加工的比例大約在70以上，是激光加工行業(yè)中最重要的一項應(yīng)用技術(shù)。本文深入淺出地介紹了目前常用的激光切割技術(shù)，而且內(nèi)容豐富、實用性強。【關(guān)鍵詞】激光加工、激光切割技術(shù) 目錄1、 激光切割的基本技術(shù)2、 激光切割技術(shù)的優(yōu)點三、激光切割技術(shù)的發(fā)展四、國內(nèi)激光技術(shù)現(xiàn)況五、激光切割技術(shù)的分類

2、5.1汽化切割 5.2熔化切割 5.3氧化融化切割 5.4控制斷裂切割六、激光切割技術(shù)的應(yīng)用七、參考文獻 一、 激光切割的基本技術(shù) 激光：(LASER-Light Amplification of Stimulate Emission Radiation)是利用原子或分子受激輻射的原理，使工作物質(zhì)受激而產(chǎn)生的一種單色性高，方向性強，亮度高的光束。 激光器：激活介質(zhì)、激活裝置、光學(xué)諧振腔激光器按工作介質(zhì)來分類分為固體激光器、液體激光器、氣體激光器、半導(dǎo)體激光器，此為，還有化學(xué)激光器和自由電子激光器等。原理：利用高功率密度的激光束來穿過材料表面，在極短的時間內(nèi)將材料加熱到幾千甚至上萬度，使材料融化

3、或者氣化，并用高壓氣體將融化或者汽化的物質(zhì)從切縫中吹走，以達到切割材料的目的。經(jīng)過30多年的發(fā)展，現(xiàn)已開發(fā)的激光器超過200多種，種類繁多，特點各異，用途也各不相同。雖然激光器的種類繁多，但目前適用于激光切割的工業(yè)化激光器主要是CO和YAG激光器。 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)進行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工等的一門技術(shù)。 二、激光切割技術(shù)的優(yōu)點激光加工技術(shù)與傳統(tǒng)加工技術(shù)相比具有很多優(yōu)點，所以得到如此廣泛的應(yīng)用。尤其適合新產(chǎn)品的開發(fā)：一旦產(chǎn)品圖紙形成后，馬上可以進行激光加工，可以在最短的時間內(nèi)得到新產(chǎn)品的實物。 1、光點小，能量集中，熱影響區(qū)??；

4、 2、不接觸加工工件，對工件無污染； 3、不受電磁干擾，與電子束加工相比應(yīng)用更方便； 4、激光束易于聚焦、導(dǎo)向，便于自動化控制。 5、范圍廣泛：幾乎可對任何材料進行雕刻切割。 6、安全可靠：采用非接觸式加工，不會對材料造 成機械擠壓或機械應(yīng)力。 7、精確細致：加工精度可達到0.1mm 8、效果一致：保證同一批次的加工效果幾乎完全 一致。 9、高速快捷：可立即根據(jù)電腦輸出的圖樣進行高 速切割，且激光切割的速度與線切割的速度相比要 快很多。 10、成本低廉：不受加工數(shù)量的限制，對于小批 量加工服務(wù)，激光加工更加便宜。 11、切割縫細小：激光切割的割縫一般在 0.1-0.2mm。 12、切割面光滑：

5、激光切割的切割面無毛刺。 13、熱變形小：激光加工的激光割縫細、速度快、 能量集中，因此傳到被切割材料上的熱量小，引 起材料的變形也非常小。 14、適合大件產(chǎn)品的加工：大件產(chǎn)品的模具制造 費用很高，激光加工不需任何模具制造，而且激 光加工完全避免材料沖剪時形成的塌邊，可以大 幅度地降低企業(yè)的生產(chǎn)成本提高產(chǎn)品的檔次。 15、節(jié)省材料：激光加工采用電腦編程，可以把 不同形狀的產(chǎn)品進行材料的套裁，最大限度地提 高材料的利用率，大大降低了企業(yè)材料成本。 三、激光切割技術(shù)的發(fā)展激光切割的工業(yè)應(yīng)用始于20世紀70年代初，最初用在硬木板上切非穿透槽，嵌切片，制造沖剪紙的模具等。隨著激光器件和加工技術(shù)的不斷進

6、步，其應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴大到低碳鋼、不銹鋼等金屬和增強塑料、陶瓷、石英，石材等非金屬的切割。 作為20世紀科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主要標(biāo)志和現(xiàn)代信息社會光電子技術(shù)的支柱之一，激光技術(shù)和激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到世界先進國家的高度重視。激光加工是國外激光應(yīng)用中最大的項目，也是對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造的重要手段，主要是kW級到10kW級CO激光器和百瓦到千瓦級YAG激光器實現(xiàn)對各種材料的切割、焊接、打孔、刻劃和熱處理等。激光加工應(yīng)用領(lǐng)域中，CO2激光器以切割和焊接應(yīng)用最廣，分別占到70%和20%，表面處理則不到10%。而YAG激光器的應(yīng)用是以焊接、標(biāo)記（50%）和切割（15%）為主。在美國和歐洲CO2激光器占到了7080%。我國

7、激光加工中以切割為主的占10%，其中98%以上的CO2激光器，功率在1.5kW2kW范圍內(nèi)，而以熱處理為主的約占15%，大多數(shù)是進行激光處理汽車發(fā)動機的汽缸套。發(fā)展趨勢：1.數(shù)控化和綜合化把激光器與計算機數(shù)控技術(shù)、先進的光學(xué)系統(tǒng)以及高精度和自動化的工件定位相結(jié)合，形成研制和生產(chǎn)加工中心，已成為激光加工發(fā)展的一個重要趨勢。2.小型化和組合化國外已把激光切割和模具沖壓兩種加工方法組合在一臺機床上，制成激光沖床，它兼有激光切割的多功能性和沖壓加工的高速高效的特點，可完成切割復(fù)雜外形、打孔、打標(biāo)、劃線等加工。3.高頻度和高可靠性國外YAG激光器的重復(fù)頻度已達2000次/秒，二極管陣列泵浦的Nd：YAG

8、激光器的平均維修時間已從原來的幾百小時提高到12萬小時。4.采用激元激光器進行金屬加工這是國外激光加工的一個新課題。激元激光器能發(fā)射出波長157350納米的紫外激光, 大多數(shù)金屬對這種激光的反射率很低, 吸收率相應(yīng)很高, 因此, 這種激光器在金屬加工領(lǐng)域有很大的應(yīng)用價值。 四、國內(nèi)激光技術(shù)現(xiàn)況我國激光技術(shù)研究與國外同時起步，是當(dāng)時與國外技術(shù)差距最小的高科技領(lǐng)域。在國家“六五”至“十一五”科技項目的支持下，逐步形成了以華中科技大學(xué)和中科院四大光機為典型代表的研究機構(gòu)，在激光器的一些核心技術(shù)研發(fā)上已形成較全面的技術(shù)成果，形成了5個國家級的激光技術(shù)研究中心。其中，激光技術(shù)國家重點實驗室、激光加工國家

9、工程研究中心、武漢光電國家實驗室（籌）和最早開設(shè)激光學(xué)科的華中科技大學(xué)均坐落在武漢，成為我國激光技術(shù)的發(fā)源地。我國激光加工產(chǎn)業(yè)一直呈指數(shù)增長，目前我國已經(jīng)形成華中、珠三角、長三角、環(huán)渤海四大激光產(chǎn)業(yè)帶，有21個省市、地區(qū)生產(chǎn)和銷售激光設(shè)備，常年有定型產(chǎn)品生產(chǎn)和銷售，并形成一定規(guī)模的企業(yè)有200家左右，以激光產(chǎn)品為主業(yè)的上市公司有兩家。2008年全國激光產(chǎn)業(yè)銷售總額達到了80億元。存在的主要問題：科研成果轉(zhuǎn)化為商品的能力差，許多有市場前景的成果停留在實驗室的樣機階段；激光加工系統(tǒng)的核心部件激光器的品種少、技術(shù)落后、可靠性差。國外不僅二級管泵浦的全固態(tài)激光器已用于生產(chǎn)過程中，而且二級管激光器也被應(yīng)

10、用，而我國二極管泵浦的全固態(tài)激光器還處在剛開始研究開發(fā)階段；對加工技術(shù)的研究少，尤其對精細加工技術(shù)的研究更為薄弱，對紫外波激光進行加工的研究進行的極少；激光加工設(shè)備的可靠性、安全性、可維修性、配套性較差，難以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。 五、激光切割技術(shù)的分類 5.1汽化切割工件在激光作用下快速加熱至沸點，部分材料化作蒸汽逸去，部分材料為噴出物從切割縫底部吹走。這種切割機是無融化材料的切割方式。5.2熔化切割激光將工件加熱至熔化狀態(tài)，與光束同軸的氬、氦、氮等輔助氣流將熔化材料從切縫中吹掉。5.3氧化融化切割金屬被激光迅速加熱至燃點以上，與氧發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)（即燃燒），放出大量的熱，又加熱下一層金屬，金屬被繼續(xù)氧化，并借助氣體壓力將氧化物從切縫中吹掉。 5.4控制斷裂切割對易受熱破壞的脆性材料，激光束加熱后在小塊區(qū)域引起巨大的熱梯度和機械變形，導(dǎo)致材料形成裂紋，由此進行的高速、可控的切裂。六、激光切割技術(shù)的應(yīng)用案例近幾年，國內(nèi)研究人員開發(fā)出的微芯片激光切割裝置采用的是納秒級的超短波低能激光。切割時，激光裝置的特殊光學(xué)系統(tǒng)將激光聚焦成直徑只有幾微米的激光束。利用這種能量聚積在特定空間和時間內(nèi)的激光，照射諸如藍寶石等材料，可以直接在材料內(nèi)部打出一些緊密相臨的細小孔眼。這樣被“鉆”空的藍寶石材料可以很容易被“掰開”，獲得理想的微芯片。7