激光加工技术论文正稿.doc

word文档整理分享 参考资料 激光加工技术的应用与发展 摘要： 关键词： 1.引言： 1.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。 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。 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（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。 ３.主要特点 （1）、激光束容易控制,易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结 合，实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度；（2）、激光头与工件不接触，不存在加工工具磨损问题；（3）、工件不受应力，不易污染；（4）、可以对运动的工件或密封在玻璃壳内的材料加工；（5）、激光束的发散角可小于1毫弧，光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒,同时,大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至十千瓦量级，因而激光既适于精密微细加工,又适于大型材料加工；（6）、激光功率密度大，工件吸收激光后温度迅速升高而熔化或汽化，即使熔点高、硬度大和质脆的材料(如陶瓷、金刚石等)也可用激光加工；（7）、在恶劣环境或其他人难以接近的地方，可用机器人进行激光加工。[2] ４.激光加工技术种类 主要包括激光焊接技术、激光切割技术、激光钻孔技术、激光打孔技术、激光微调技术、激光热处理技术。 4.1激光焊接技术 激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。[3]由于其独特的优点，已成功地应用于微、小型零件焊接中。与其它焊接技术比较，激光焊接的主要优点是：激光焊接速度快、深度大、变形小；能在室温或特殊的条件下进行焊接，焊接设备装置简单。 4.2激光切割技术 　　激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。与传统的板材加工方法相比，激光切割其具有高的切割质量、高的切割速度、高的柔性(可随意切割任意形状)、广泛的材料适应性等优点。 它包括： 4.2.1激光熔化切割 在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助气流把熔化的材料喷射出去。因为材料的转移只发生在其液态情况下，所以该过程被称作激光熔化切割。 4.2.2激光火焰切割 激光火焰切割与激光熔化切割的不同之处在于使用气 作为切割气体，借助于氧气和加热后的金属之间的相互作用，产生化学反应材 料进一步加热。对于相同厚度的结构钢，采用该方法可得到的切割速率比熔化 切割要高。 4.2.3激光气化切割 为了防止材料蒸气冷凝到割缝壁上，材料的厚度一定不要大大超过激光光束的直径。该加工因而只适合于应用在必须避免有熔化材料排除的情况下。 4.3激光钻孔 传统的机械钻孔最小的尺寸仅为100μm ，这显然已不能满足工业发展要求，代而取之的是一种新型的激光微型过孔加工方式。目前用CO2激光器加工在工业上可获得过孔直径达到在30-40μm的小孔或用UV激光加工10μm左右的小孔。 4.4激光打孔 采用脉冲激光器可进行打孔,脉冲宽度为0.1～1毫秒,特别适于打微孔和异形孔,孔径约为0.005～1毫米。激光打孔已广泛用于钟表和仪表的宝石轴承、金刚石拉丝模、化纤喷丝 头等工件的加工。在微电子学中，常用激光切划硅片或切窄缝，速度快、热影响区小。[4]用激光可对流水线上的工件刻字或打标记，并不影响流水线的速度，刻划出的字符可永久保持。 4.5激光微调 激光微调精度高、速度快，适于大规模生产。可以修复有缺陷的集成电路的掩模，修补集成电路存储器以提高成品率，还可以对陀螺进行精确的动平衡调节。 4.6激光热处理 用激光照射材料，选择适当的波长和控制照射时间、功率密度，可使材料表面熔化和再结晶，达到淬火或退火的目的。激光热处理的优点是可以控制热处理的深度，可以选择和控制热处