激光加工技術論文

1、.1激光加工技術的應用與開展摘要：關鍵詞：1.引言：1.激光加工的原理激光加工是以激光為熱源對工件進展熱加工。從激光器輸出的高強度激光經過透鏡聚焦到工件上，其焦點處的功率密度高達1071012瓦厘米2，溫度高達1萬攝氏度以上，任何材料都會瞬時熔化、氣化。激光加工就是利用這種光能的熱效應對材料進展焊接、打孔和切割等加工的。通常用于加工的激光器主要是固體激光器圖1和氣體激光器圖2。使用二氧化碳氣體激光器切割時，一般在光束出口處裝有噴嘴，用于噴吹氧、氮等輔助氣體，以提高切割速度和切口質量。由于激光加工是無接觸式加工，工具不會與工件的外表直接磨察產生阻力，所以激光加工的速度極快、加工對象受熱影響的圍較

2、小而且不會產生噪音。由于激光束的能量和光束的移動速度均可調節(jié)，因此激光加工可應用到不同層面和圍上。加工過程大體上可分為如下幾個階段：1.激光束照射工件材料光的輻射能局部被反射，局部被吸收并對材料加熱，局部因熱傳導而損失；2.工件材料吸收光能；3.光能轉變成熱能是工件材料無損加熱激光進入工件材料的深度極淺，所以在焦點中央，外表溫度迅速升高；4.工件材料被熔化、蒸發(fā)、汽化并濺出去除或破壞；5.作用完畢與加工區(qū)冷凝。.主要特點1、激光束容易控制,易于與精細機械、精細測量技術和電子計算機相結合，實現(xiàn)加工的高度自動化和到達很高的加工精度；2、激光頭與工件不接觸，不存在加工工具磨損問題；3、工件不受應力，

3、不易污染；4、可以對運動的工件或密封在玻璃殼的材料加工；5、激光束的發(fā)散角可小于1毫弧，光斑直徑可小到微米量級,作用時間可以短到納秒和皮秒,同時,大功率激光器的連續(xù)輸出功率又可達千瓦至十千瓦量級，因而激光既適于精細微細加工,又適于大型材料加工；6、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，即使熔點高、硬度大和質脆的材料(如瓷、金剛石等)也可用激光加工；7、在惡劣環(huán)境或其他人難以接近的地方，可用機器人進展激光加工。2.激光加工技術種類主要包括激光焊接技術、激光切割技術、激光鉆孔技術、激光打孔技術、激光微調技術、激光熱處理技術。4.1激光焊接技術激光焊接是激光材料加工技術應用的重要方

4、面之一，焊接過程屬熱傳導型，即激光輻射加熱工件外表，外表熱量通過熱傳導向部擴散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰功率和重復頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。3由于其獨特的優(yōu)點，已成功地應用于微、小型零件焊接中。與其它焊接技術比較，激光焊接的主要優(yōu)點是：激光焊接速度快、深度大、變形小；能在室溫或特殊的條件下進展焊接，焊接設備裝置簡單。4.2激光切割技術激光切割是應用激光聚焦后產生的高功率密度能量來實現(xiàn)的。與傳統(tǒng)的板材加工方法相比，激光切割其具有高的切割質量、高的切割速度、高的柔性(可隨意切割任意形狀)、廣泛的材料適應性等優(yōu)點。它包括：激光熔化切割在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助氣流把

5、熔化的材料噴射出去。因為材料的轉移只發(fā)生在其液態(tài)情況下，所以該過程被稱作激光熔化切割。激光火焰切割激光火焰切割與激光熔化切割的不同之處在于使用氣作為切割氣體，借助于氧氣和加熱后的金屬之間的相互作用，產生化學反響材料進一步加熱。對于一樣厚度的構造鋼，采用該方法可得到的切割速率比熔化切割要高。激光氣化切割為了防止材料蒸氣冷凝到割縫壁上，材料的厚度一定不要大大超過激光光束的直徑。該加工因而只適合于應用在必須防止有熔化材料排除的情況下。4.3激光鉆孔傳統(tǒng)的機械鉆孔最小的尺寸僅為100m ，這顯然已不能滿足工業(yè)開展要求，代而取之的是一種新型的激光微型過孔加工方式。目前用CO2激光器加工在工業(yè)上可獲得過孔

6、直徑到達在30-40m的小孔或用UV激光加工10m左右的小孔。4.4激光打孔采用脈沖激光器可進展打孔,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。在微電子學中，常用激光切劃硅片或切窄縫，速度快、熱影響區(qū)小。4用激光可對流水線上的工件刻字或打標記，并不影響流水線的速度，刻劃出的字符可永久保持。4.5激光微調激光微調精度高、速度快，適于大規(guī)模生產?？梢孕迯陀腥毕莸募呻娐返难谀?，修補集成電路存儲器以提高成品率，還可以對陀螺進展準確的動平衡調節(jié)。4.6激光熱處理用激光照射材料，選擇適當?shù)牟ㄩL和

7、控制照射時間、功率密度，可使材料外表熔化和再結晶，到達淬火或退火的目的。激光熱處理的優(yōu)點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，可處理形狀復雜的零件和部件，可對盲孔和深孔的壁進展處理。5.激光加工應用5.1在服裝行業(yè)的應用因為激光加工工藝具有自動化程度高、加工準確高、速度快、效率高、操作簡單方便等特點，適應了國際服裝生產技術潮流所以激光加工技術以及設備正在以驚人的速度在服裝行業(yè)得到推廣和普及。激光切割應用激光切割過程中，不會使布料變形或起皺，激光切割尺寸精度高，激光切割形狀可隨著圖稿進展任意更改，增加了設計的實用性和創(chuàng)造性。另外，激光切割技術是用“激光刀代替金屬刀，激光切

8、割任何面料，能瞬間將切口熔化并凝固，縫隙小、準確度高到達自動“鎖邊的功能。傳統(tǒng)工藝用刀模切割或熱加工，切口易脫絲、發(fā)黃、發(fā)硬。激光雕刻應用激光雕刻是利用軟件技術，按設計圖稿輸入數(shù)據進展自動雕刻。激光雕刻是激光加工技術在服裝行業(yè)中運用最成熟、最廣泛的技術，能雕刻任何復雜圖形標志，還可以進展射穿的鏤空雕刻和外表雕刻，從而雕刻出深淺不一、質感不同、具有層次感和過渡顏色效果的各種圖案。激光打標應用激光打標具有打標精度高、速度快、標記清晰等特點。激光打標兼容了激光切割、雕刻技術的各種優(yōu)點，可以在各種材料上進展精細加工，還可以加工尺寸小且復雜的圖案，激光標記具有永不磨損的防偽性能。5.2在電子工業(yè)中的應用

9、激光加工技術屬于非接觸性加工方式，所以不產生機械擠壓或機械應力，特別符合電子行業(yè)的加工要求。另外，還由于激光加工技術的高效率、無污染、高精度、熱影響區(qū)小，因此在電子工業(yè)中得到廣泛應用。激光劃片激光劃技術是生產集成電路的關鍵技術，其劃線細、精度高(線寬為15-25m，槽深5-200m)、加工速度快(可達200mm/s)，成品率達 99.5%以上。集成電路生產過程中，在一塊基片上要制備上千個電路，在封裝前要把它們分割成單個管芯?？赏ㄟ^調節(jié)脈沖重疊量可準確控制刻槽深度，使硅片很容易沿溝槽整齊斷開，也可進展屢次割劃而直接切開，形成單個管芯。由于激光被聚焦成極小的光斑，熱影響區(qū)極小，切劃50m深的溝槽時

10、，在溝槽邊25m的地方溫升不會影響有源器件的性能。激光微調激光微調技術可對指定電阻進展自動精細微調，精度可達0.01%一0.002%，比傳統(tǒng)方法的精度和效率高，本錢低。集成電路、傳感器中的電阻是一層電阻薄膜，制造誤差達上15一20%，只有對之進展修正，才能提高那些高精度器件的成品率。激光可聚焦成很小的光斑，能量集中，加工時對鄰近的元件熱影響極小，不產生污染，又易于用計算機控制，因此可以滿足快速微調電阻使之到達準確的預定值的目的。5激光打標激光打標是利用高能量密度的激光對工件進展局部照射，使表層材料汽化或發(fā)生顏色變化的化學反響，從而留下永久性標記的一種打標方法。激光打標有雕刻和掩模成像兩種方式:

11、掩模式打標用激光把模幅員案成像到工件外表而燒蝕出標記。5雕刻式打標是一種高速全功能打標系統(tǒng)，激光束經二維光學掃描振鏡反射后經平場光學鏡頭聚焦到工件外表，在計算機控制下按設定的軌跡使材料汽化，可以打出各種文字、符號和圖案等，字符大小可以從毫米到微米量級。激光標記是永久性的，不易磨損，這對產品的防偽有特殊的意義。5.3在汽車工業(yè)中的應用應用于汽車工業(yè)的激光加工技術主要有激光切割和激光焊接(約占60)、激光打孔和打標(約占19)，激光外表處理和研發(fā)(約占15)。激光加工技術既是新產品開發(fā)的技術保證，又是生產高質量、低本錢汽車的有效和不可或缺的技術手段。在國外，主要應用如下：(1)、白車身激光焊接：汽

12、車工業(yè)中的在線激光焊接大量用在白車身沖壓零件的裝配和聯(lián)接上。主要應用包括：車頂蓋激光焊、行箱蓋激光釬焊及車架激光焊接。(2)、不等厚激光拼焊板：車身制造采用不等厚激光拼焊板可減輕車身重量，減少零件數(shù)量，提高平安可靠性及降低本錢。(3)、齒輪及傳動部件焊接：汽車自動變速器駐車棘輪的材料有淬火鋼、奧氏體鋼和特種合金等，通過激光焊接技術，可將這些不同組分的材料連接起來，而且無裂紋出現(xiàn)。(4)、非金屬及對電磁性、變形或熱影響有要求的汽車零件焊接。(5)、激光切割：在汽車工業(yè)中，激光切割主要用于新車型開發(fā)過程快速切割車身樣件。(6)、激光打孔：噴油嘴打孔是激光打孔最具潛力的一項應用。(7)、激光熱處理及

13、涂敷：激光涂敷是近十幾年開展起來的大規(guī)模研究的新技術，在普通金屬材料外表涂敷一層耐磨、耐蝕特殊合金涂層的前景十分誘人。(8)、激光打標：從設備數(shù)量看，激光打標是應用最多的激光加工技術，主要用在零件的標記及識別上。65.4激光焊接在農業(yè)機械中的應用激光焊接在機械性能、抗蝕性能和電磁學性能上均優(yōu)于常規(guī)焊接方法，其特點是被焊接工件變形極小，能量密度高，準確控制，穿透能力強，焊縫的深寬比高，熱輸入量低，熱影響區(qū)小，焊接質量比傳統(tǒng)焊接方法好，可應用于農機制造。如耕作、播種和收獲機械的許多零部件其切割原理直接與土壤接觸，需要極強的抗阻能力，應用激光焊接技術可大大提高關鍵部件的加工質量，延長農機具的使用壽命

14、。7并且，激光焊接不受磁場的影響，不局限于導電材料，不需要真空的工作條件，適用于農機制造的環(huán)境，在農機制造中的應用會越來越廣泛。6.激光加工技術現(xiàn)狀及國外開展趨向6.1激光加工技術現(xiàn)狀和各領域的開展作為20世紀科學技術開展的重要標志和現(xiàn)代信息社會光電子技術的支柱之一，激光技術和激光產業(yè)的開展受到世界先進國家的高度重視。激光加工是國外激光應用中最大的工程，也是對傳統(tǒng)產業(yè)革新的重要手段，主要是kW級到10kW級CO2激光器和百瓦到千瓦級YAG激光器實現(xiàn)對種種質料的切割、焊接、打孔、刻劃和熱處理等。據19971998年的最新激光市場品評和預測，1997年全世界總激光器市場販賣額達32.2億美元，比1

15、996年增長14，其中質料加工為8.29億美元，醫(yī)療應用3億美元，研究領域1.5億美元。1998年總收入預計增長19，可到達38.2億美元。其中占第一位的質料加工預計凌駕10億美元，醫(yī)用激光器是外國第二大應用。6.2激光制造體系的開展用于制造業(yè)中的激光體系即激光制造體系，由激光器、激光傳輸體系、激光聚焦體系、控制體系、活動體系、傳感與檢測體系組成，其焦點為激光器。激光作為熱源或光源能量是激光制造中的“刀具或“工具。該“刀具或“工具的質量直接影響著加工制造的效果。激光光束質量的好壞可以采用光束遠場發(fā)散角、光束聚焦特性參數(shù)值Kf和衍射極限倍因子M2(M)或光束傳輸因子K值來表現(xiàn)。對小功率激光器，如

16、果物質均勻穩(wěn)固，通?？梢詫崿F(xiàn)基模輸出，其光束橫截面能量散布為高斯散布，且在傳輸過程中連結穩(wěn)固，光束質量較好；對于大功率激光器，一般不易得到基模輸出，輸出的通常為多模激光束，激光光束質量變差?，F(xiàn)在工業(yè)上常用的大功率激光器有CO2激光器和YAG激光器兩種。大功率激光器的工業(yè)應用領域很廣，激光切割、激光焊接都需要優(yōu)良的光束質量，而尋求高光束質量的大功率激光是工業(yè)用激光器不停開展的目的。從1964年第一臺CO2激光器出現(xiàn)到如今，經過四十多年的開展，從封離式CO2激光器、慢速軸流CO2激光器、橫流CO2激光器，到高頻羅茲泵型快速軸流、射頻turbo型快速軸流以至現(xiàn)在出現(xiàn)的擴散型Slab CO2激光器的開

17、展中可以看到,一方面激光輸出功率不斷前進，體積不斷縮小，另一方面激光器的屈從不斷開展，光束質量越來越好。擴散型Slab CO2激光器光束橫截面上光強分布靠近高斯分布，具有極好的光束質量，在加大的激光加工區(qū)焦點的漂移很小，非常有利于大領域激光傳輸與聚集，這對大尺寸工件的切割應用非常重要。工業(yè)用固體YAG激光器也經歷了從小功率燈泵浦棒狀、燈泵浦板條、雙燈泵浦多棒到光纖泵浦棒狀、半導體泵浦棒狀和片狀固體激光器的歷程。由于受物質熱物理性的制約，YAG激光光束質量相對較差。怎樣提高光束質量和激光功率，依然是YAG激光器面臨的重要題目。值得注意的是近幾年來開展起來的半導體激光器。半導體激光具有小型化、頻率極高、與光纖良好耦合、易于調制等優(yōu)良特性，因而具有遼闊的應用前景。要在差異產業(yè)中普遍應用激光制造技術，很大水平上要依賴于激光加工體系的性能與工藝。歐、美、日一些國家在源、加工體系及工藝等方面的研究與開發(fā)就從未降溫過。隨著激光工業(yè)的研究與開發(fā)、器件