激光加工
对激光加工技术的理解与认识
对激光加工技术的理解与认识一、激光加工技术的定义及原理激光加工技术是指利用激光器产生的高能量密度的激光束，对材料表面进行加工处理的一种先进制造技术。
其原理是利用激光器产生的高能量密度的激光束，通过聚焦透镜将激光束聚集到极小点上，使材料表面瞬间受热融化或汽化，从而实现对材料进行切割、打孔、焊接等各种加工处理。
二、激光加工技术的分类及应用1. 激光切割技术：主要应用于金属材料和非金属材料的切割处理。
2. 激光打孔技术：主要应用于金属板、塑料板、陶瓷等材料的打孔处理。
3. 激光焊接技术：主要应用于金属材料之间或者非金属材料与金属材料之间的焊接处理。
4. 激光雕刻技术：主要应用于木板、有机玻璃等非金属类材料上进行图案雕刻和文字刻写。
三、激光加工技术的优点1. 高精度：激光束可以聚焦到很小的点上，因此可以实现高精度的加工处理。
2. 高效率：激光加工速度快，可以大幅提高生产效率。
3. 无接触性：激光加工过程中不需要与材料接触，从而避免了因接触而产生的磨损和变形等问题。
4. 灵活性：激光加工可以对不同形状、不同材质的材料进行处理，具有很大的灵活性。
四、激光加工技术的缺点1. 高成本：激光器价格昂贵，且维护成本也较高。
2. 容易受环境影响：激光束容易受到环境因素（如气体、尘埃等）影响而发生偏移或散射等问题。
3. 容易产生毒害物质：在某些情况下，激光加工会产生有害气体和废弃物。
五、激光加工技术未来发展趋势1. 多波长多功能化：未来发展趋势是将激光器的波长从单一的红光扩展到多种波长，实现多功能化加工。
2. 智能化：激光加工技术将更加智能化，可以通过计算机程序控制激光器进行自动化生产。
3. 环保化：未来发展趋势是要求激光加工技术在加工过程中尽可能减少对环境的污染和对人体的伤害。
六、结语激光加工技术是一种先进的制造技术，具有高精度、高效率、无接触性和灵活性等优点。
未来发展趋势是多波长多功能化、智能化和环保化。
尽管激光加工技术存在一些缺点，但随着技术的不断发展和完善，其应用范围将会更广泛，为制造业带来更多的机遇和挑战。
激 光 加 工
激光加工
激光加工
光的产生与光源内部原子运动状态有关。原子内的原子核 与核外电子之间存在着吸引和排斥的矛盾。电子按一定半径的 轨道围绕原子核运动，当原子吸收一定的外来能量或向外释放 一定的能量时，核外电子的运动轨迹半径将发生变化，即产生 能级变化，并发出光。激光是由处于激发状态的原子、离子或 分子受激辐射而发出的光。
1
非金属材料。
2 3
4
5
激光加工的主要参数为激光的功率密度、 激光的波长和输出的脉宽、激光照在工件 上的时间及工件对能量的吸收等。只要对 主要参数进行合理选用，激光便可以进行
多种类型的加工。
激光可通过玻璃等透明材 料进行加工，如对真空管 内部的器件进行焊接等。
激光可以通过聚焦形成微米 级的光斑，输出功率的大小 可以调节，因此，可进行精 密微细加工。最高加工精度 可达0.01 mm，表面粗糙度Ra 可达0.4～0.1 µm。
4.激光表面处理 激光可实现对铸铁、中碳钢，甚至低碳钢等材料进行激光表面淬
火。淬火层深度一般为0.7～1.1 mm，淬火层硬度比常规淬火约高20%。 激光淬火变形小，还能解决低碳钢的表面淬火强化问题。
激光表面淬火处理的应用实例
激光表面合金化是在工件基体表面采用沉积法预先涂一 层合金，然后用激光束照射涂层表面。当激光转化为热量后， 涂层表面和工件基体表面被熔化，使其混合而形成合金。采 用这种工艺方法能使贵重金属如铬、钴和镍等熔入低级而廉 价的钢表面。
激光加工器一般分为固体激光器和二氧化碳气体激光器。如 图所示为固体激光器的工作原理。
固体激光器的工件原理
12.3.2 激光加工特点
激光加工无明显机械力，不存在 机械损耗，加工速度快，热影响 区小，易实现加工过程自动化。
第五章 激光加工
频率的脉冲激光器。
• 切割金属材料：同轴吹氧工艺
• 切割布匹、纸张、木材等易燃材料：同轴吹保护
气体（二氧化碳、氮气等）
激 光 加 工
三、激光刻蚀打标记
• 小功率的激光束可用于对金属或非金属表面进行 刻蚀打标，加工出文字图案或工艺美术品。例如， 可在竹片上刻写缩微的孙子兵法、毛主席诗词等。 • 激光还可用于表面热处理、表面改性等加工。
激 光 加 工
激 光 加 工 根据光的量子学说，又可以认为光是一种具有一定能量 的以光速运动的粒子流，这种具有一定能量的粒子就称为光 子。不同频率的光对应于不同能量的光子，光子的能量与光 的频率成正比，即
E = hν
式中：E—光子能量； —光的频率；
h—普朗克常数。
一束光的强弱与这束光所含的光子多少有关，对同一频率 的光来说，所含的光子数多，即表现为强；反之，表现为弱。
2、按工作 方式分类
（一） 固体激光器
1.固体激光器的基本组成： 工作物质、光泵（脉冲氙灯）、玻璃套管、滤光液、冷却水、
聚光器、谐振腔等
激 光 加 工
光学谐振腔作用：
是选择频率一定、方向一致的光作最优先的放大，而把其
他频率和方向的光加以抑制。如图，凡不沿谐振腔轴线运动的 光子均很快逸出腔外，与工作介质不再接触。沿轴线运动的光
激 光 加 工
第一节 激光加工的原理与特点 （一）光的物理概念及原子的发光过程 1．光的物理概念
光具有波粒二象性。根据光的电磁学说，可以 认为光实质上是在一定波长范围内的电磁波。
c λ= ν
人们能够看见的光称为可见光，它的波长为0.4～0.76 μm。可见光根据波长不同分为红、橙、黄、绿、蓝、 青、紫等七种光，波长大于0.76的称红外光或红外 线，小于0.4的称紫外光或紫外线。
激光加工特种加工课件详解
激光表面改性质量评价与优化方法
质量评价方法
激光表面改性的质量评价主要包括表面形貌 观测、硬度测试、耐磨性测试等方法。通过 这些方法可以对改性后的材料表面性能进行 定量或定性的评价。
优化方法
针对激光表面改性过程中可能出现的问题， 如裂纹、变形等，可以采取优化工艺参数、 改进设备结构、选用合适的辅助气体等措施 进行优化。同时，也可以结合数值模拟技术 对加工过程进行模拟和优化，以提高加工效 率和质量。
激光特点
高亮度、高方向性、高单色性、 高相干性。
激光加工技术发展历程
01
02
03
初期阶段
20世纪60年代，激光被首 次应用于打孔、切割等简 单加工。
发展阶段
70-80年代，随着激光器 性能提升和计算机技术发 展，激光加工精度和效率 得到显著提高。
成熟阶段
90年代至今，激光加工技 术不断完善，应用领域不 断拓宽，成为现代制造业 不可或缺的技术手段。
不同材料激光表面改性工艺参数
金属材料
对于金属材料，激光表面改性的工艺参 数主要包括激光功率密度、扫描速度、 光斑直径、搭接率等。这些参数的选择 需要根据金属材料的种类、厚度、性能 要求等因素进行综合考虑。
VS
非金属材料
对于非金属材料，如陶瓷、塑料等，激光 表面改性的工艺参数也有所不同。除了上 述的激光功率密度、扫描速度等参数外， 还需要考虑材料的热稳定性、吸光性等因 素。
质量评价
通过观察焊缝外观、测量焊缝尺寸、检测焊缝力学性能等方法，对激光焊接质量进行评 价。
优化方法
通过调整工艺参数、改进设备结构、优化光路设计等方法，提高激光焊接质量和效率。 同时，也可以采用先进的控制算法和人工智能技术，实现激光焊接过程的自动化和智能
激光加工
• 1）光泵是供给工作物质光能用的，一般都用氙 灯或氪灯作为光泵。 • 2）聚光器的作用是把氙灯发出的光能聚集在工 作物质上，一般可将氙灯发出来的 80% 左右的 光能集中在工作物质上。 • 3）谐振腔由两块反射镜组成，其作用是使激光 沿轴向来回反射共振，用于加强和改善激光的输 出。 • 2、固体激光器的分类 • 固体激光器常用的工作物质有红宝石、钕玻璃和 掺钕钇铝石榴石三种。
• 3、激光的产生 • 以红宝石为例，基本成分是氧化铝，其中掺有 0.05% 的氧化铬，能发射激光的是正铬离子。当 脉冲氙灯照射红宝石时，使处于基态 E1的铬离 子大量激发到En状态，由于 En寿命很短， En状 态的铬离子又很快地跳到寿命较长的亚稳态 E2 （无辐射转换）。如果照射光足够强，就能够在 千分之三秒时间内，把半数以上的原子激发到高 能级 En，并转移到 E2。这时当有频率为ν = （E2- E1）/h的光子去照射 “刺激” 它时，就可 以产生从能级 E2到 E1的受激辐射跃迁，出现雪 崩式连锁反应，发出频率（E2- E1）/h的单色性 好的光，这就是激光。
• 2、氩离子激光器 • 氩离子激光器是惰性气体氩 （Ar）通过气 体放电，使氩原子电离并激发。由于氩激 光器波长短，发散角小，所以可用于精密 微细加工，如用于激光存贮光盘基板的蚀 刻制造等。 • 氩离子激光器发出的谱线很多，最强的是 波长为 0.5145μm 的绿光和波长为 0.4880μm 的蓝光。
• 2、激光加工的特点 • 1）聚焦后，激光加工的功率密度极高达 108~1010W/cm2 ，光能转化为热能，几乎 可以熔化、气化任何材料。 • 2）激光光斑大小可以聚焦到微米级，输 出功率可以调节，因此可用以精密微细加 工。 • 3）加工所用工具是激光束，是非接触加 工，所以没有明显的机械力，没有工具损 耗问题。加工速度快、热影响区小，容易 实现加工过程自动化。
激光加工的技巧
激光加工的技巧
激光加工是一种利用激光束来切割、雕刻、焊接、打标等加工方法。
以下是一些激光加工的技巧：
1. 材料选择：激光加工适用于多种材料，包括金属、塑料、木材等。
选择适当的材料对于获得良好的加工效果至关重要。
2. 激光功率调整：根据不同的加工任务和材料，调整激光功率可以获得最佳的加工效果。
过低的功率可能导致切割不干净，而过高的功率可能导致材料熔化或灼烧。
3. 激光聚焦：激光聚焦能够增加激光束的功率密度，使加工效果更好。
通过调整聚焦镜头的位置和焦距可以控制激光束的聚焦效果。
4. 加工速度控制：加工速度对于激光加工的质量和效率有重要影响。
过快的加工速度可能导致切割或雕刻不深，而过慢的速度可能导致加工过程太缓慢。
5. 切割方向选择：对于一些材料，如金属，切割方向会影响切割边缘的质量。
选择适当的切割方向可以避免产生毛刺和断裂。
6. 引导气体使用：在激光切割过程中，引导气体可以起到清除熔融材料、降低切割温度和增加切割速度的作用。
选择适当的引导气体对于获得清晰的切割边缘
非常重要。
7. 辅助装置使用：在激光加工中，一些辅助装置如自动定位系统、自动控制系统等可以提高加工的准确性和效率。
总之，激光加工的技巧需要根据具体的加工任务和材料来进行调整和优化，只有在熟练掌握这些技巧的基础上，才能获得高质量的激光加工结果。
激光加工的名词解释
激光加工的名词解释激光是现代科技领域中一个闪耀的名词。
激光加工作为其中一项重要应用，正在迅速发展并广泛应用于各行各业。
那么，什么是激光加工呢？本文将对激光加工进行细致的解释，从激光的产生原理、激光加工的种类、应用领域等多个方面进行探讨。
激光是一种具有高度相干性、高单色性、高直线性和高脉冲能量密度的电磁辐射。
它的产生是通过激光器所产生的纯净、单色的光束，经过透镜聚焦后形成高能量密度的光束，从而实现对物体进行加工。
激光加工由于具有高度聚焦、非常高的功率密度和不直接接触工件等特点，因此在很多领域获得了广泛的应用。
激光加工的种类繁多，根据激光的不同特性和应用需求，可以分为激光切割、激光焊接、激光打标和激光雕刻等。
激光切割是使用激光切割机对金属、塑料、木材等材料进行切割。
它具有高精度、高速度和无需后续加工等优势。
激光焊接是使用激光束对金属材料进行焊接，具有熔深小、热影响区小以及焊缝质量好的特点。
激光打标是使用激光束对物体表面进行打标，可以实现高清晰度和耐用性强的标记效果。
激光雕刻是使用激光束对物体表面进行雕刻，可以实现高精度和细致入微的图案雕刻。
根据激光加工的材料不同，又可以分为金属激光加工和非金属激光加工。
金属激光加工主要应用于金属材料的切割、焊接和打标等。
在金属切割方面，激光切割已经成为主要的切割方式，其高度精准的切割效果使其在汽车、航空航天、工程机械等领域得到广泛应用。
非金属激光加工主要应用于玻璃、塑料、陶瓷等材料的切割、雕刻和打标等。
在非金属切割方面，激光切割可以实现对较薄的无机材料进行切割，并且切割边缘光滑，无需二次处理。
激光加工还有一项重要的应用领域就是3D打印。
激光3D打印是一种以激光为能源的快速成型技术。
通过调控激光器的能量和扫描系统的移动轨迹，可以实现对粉末材料的熔融和实现3D对象的逐层叠加。
这项技术已经应用于各种领域，包括医疗、航空航天、汽车制造等。
激光3D打印具有高度自由设计、生产速度快、成品精度高等优势。
激光加工概述
激光加工是一种利用高能量密度激光束进行材料加工的先进技术。
它在制造业中具有广泛应用，包括切割、焊接、打孔、雕刻和表面处理等领域。
激光加工的原理基于激光光束的特性。
激光是一种高强度、单色、相干和定向性很好的光束。
通过聚焦激光束，可以将其能量集中到非常小的区域，从而使材料发生熔化、蒸发或气化等反应，实现对材料的加工。
激光加工具有许多优点。
首先，激光加工非常精确，可以实现微米级甚至亚微米级的加工精度。
其次，激光加工无需直接接触材料，因此可以减少机械变形和污染。
此外，激光加工速度快、灵活性高，适用于各种材料，包括金属、塑料、陶瓷和玻璃等。
在激光加工中，常用的激光类型包括CO2激光、纤维激光和固态激光等。
不同类型的激光在加工过程中具有不同的特点和应用范围。
例如，CO2激光适用于金属切割和焊接，而纤维激光则适用于精细雕刻和打标。
总之，激光加工是一种高精度、高效率的材料加工技术，在制造业中扮演着重要角色。
随着激光技术的不断发展，激光加工将继续推动制造业的进步和创新。
1。
激光加工
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。在造船、汽车制造等工业中,常使用百瓦至万瓦级的连续CO2激光器对大工 件进行切割,既能保证精确的空间曲线形状,又有较高的加工效率。对小工件的切割常用中、 小功率固体激光器或CO2激光器。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。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。
材料表面 → 激光束→
｛
热加工：激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激 光钻孔和微加工等 光化学反应：光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等
激光加工的工作原理
激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量 密度，靠光热效应来加工的。 某些具有亚稳态能级的物质，在外来 光子的激发下会吸收光能，使处于高能级原子的数目大于低能级原 子的数目——粒子数反转，若有一束光照射，光子的能量等于这两 个能相对应的差，这时就会产生受激辐射，输出大量的光能
2.激光雕刻应用 激光雕刻是利用软件技术，按设计图稿输入数据进行自动雕刻。激光雕刻是激光加工技术 在服装行业中运用最成熟、最广泛的技 术，能雕刻任何复杂图形标志，还可以进行射穿的 镂空雕刻和表面雕刻，从而雕刻出深浅不一、质感不同、具有层次感和过渡颜色效果的各 种图案。 3.激光打标应用 激光打标具有打标精度高、速度快、标记清晰等特点。激光打标兼容了激光切割、雕刻 技术的各种优点，可以在各种材料上进行精密加工，还可以加工尺寸小且复杂的图案， 激光标记具有永不磨损的防伪性能。
激光焊接
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。 激光深熔焊接一般采用连续激光光束完成材料的连接，其冶金物理过程与电子束焊接极为 相似，即能量转换机制是通过“小孔”结构来完成的。在足够高的功率密度激光照射下，材 产生蒸发并形成小孔。这个充满蒸气的小孔犹如一个黑体，几乎吸收全部的入射光束能量， 孔腔内平衡温度达2500 ℃左右，热量从这个高温孔腔外壁传递出来，使包围着这个孔腔四 周的金属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽，小孔四壁包围 着熔融金属，液态金属四周包围着固体材料（而在大多数常规焊接过程和激光传导焊接中， 能量首先沉积于工件表面，然后靠传递输送到内部）。孔壁 外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相 持并保持着动态平衡。光束不断进入小孔，小孔外的材料在 连续流动，随着光束移动，小孔始终处于流动的稳定状态。 就是说，小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度 向前移动，熔融金属充填着小孔移开后留下的空隙并随之冷 凝，焊缝于是形成。上述过程的所有这一切发生得如此快， 使焊接速度很容易达到每分钟数米。
《激光加工技术》课件
详细描述
激光打标是利用高能激光束在材料表面进行刻划或烧蚀出文字、图案等标记。 该技术具有标记清晰、永久、不易磨损等优点，广泛应用于产品标识、防伪鉴 别等领域。
激光熔覆
总结词
高效、耐磨的表面改性技术
详细描述
激光熔覆是利用高能激光束将熔覆材料快速熔化并覆着在材料表面，形成一层具有特殊 性能的熔覆层。该技术具有熔覆层质量高、与基体结合力强等优点，广泛应用于机械零
02
激光加工技术的基本设备
激光器
激光器是激光加工技术的核心设备，负责产生高能激光 束。
激光器的性能参数包括输出功率、光束质量、波长等， 直接影响加工效果。
激光器的种类繁多，常见的有气体激光器、固体激光器 和光纤激光器等。
激光器的维护和保养对于保证其稳定性和寿命至关重要 。
光学系统
01
光学系统是用来传输和聚焦激光束的装置，通常包括反射镜、 透镜和光束扩展器等。
措施。
如何克服激光加工技术的局限性
降低设备成本
通过技术进步和规模化生产，降低激光加工设备 的成本，使其更适用于中小型企业。
拓展材料适用性
研究新的激光加工技术和工艺，拓展激光加工技 术的材料适用性。
ABCD
提高技术水平
加强技术研发和人才培养，提高激光加工技术的 水平和应用范围。
加强安全管理
建立健全的安全管理制度和操作规程，加强安全 培训和教育，确保操作人员的安全。
02
光学系统的设计和制造精度直接影响激光加工的精度和效果。
光学系统的清洁和维护对于保证其性能和稳定性非常重要。
03
加工机床
1
加工机床是用来固定和加工工件的设备，通常具 有高精度和高稳定性的特点。
激光加工技术及应用
激光加工技术及应用一、激光加工技术的概念和分类激光加工技术是指利用激光器的能量将材料加工形成所需形状、尺寸和性能的一种加工方式。
激光加工技术是一种非传统的加工方式，具有高能量密度、高精度、高稳定性、高速率和无接触等优势。
激光加工技术可以分为激光切割、激光打孔、激光刻蚀、激光焊接等几类。
其中，激光切割是指在所需要加工的材料表面上利用激光的高能量和高功率进行熔化和气化加工；激光打孔是指通过将激光束聚焦在材料表面上产生高能量的激光束，在材料内部进行加工，形成所需的孔洞；激光刻蚀是将激光束聚焦在表面上，通过激光束的作用使材料表面发生化学反应从而加工所需形状；激光焊接是将两个或多个材料在相互接触的部分加热至熔化温度，然后再冷却固化加工。
二、激光加工技术的应用领域1、微电子加工领域：激光加工技术可以用于微电子器件加工、电线绕制和电路板制造等领域。
激光器的小尺寸和高能量密度，可以实现微电子器件加工的高精度、高速度和无接触加工。
2、汽车工业领域：激光加工技术可以用于汽车钣金加工、车身建模和车灯制造等领域。
激光器的高能量密度可以快速和准确地切割和加工钣金材料，同时可以实现车身建模的高精度和自由度的加工。
3、机械制造领域：激光加工技术可以用于零部件加工、装配和零件修复等领域。
激光器可以实现高精度和高速率的加工，同时可以进行自动化生产线的组装和检测。
激光加工技术还可以用于各种材料的修复和表面处理。
4、医疗领域：激光加工技术可以用于手术切割、手术焊接和皮肤美容等领域。
激光器的高精度和高能量可以实现手术的精确、快速和无创治疗。
激光加工技术还可以用于皮肤美容和脱毛等领域。
5、航空航天领域：激光加工技术可以用于航空航天器的制造和维护领域。
激光器可以实现超高精度的加工和组装，同时可以进行航空器的检测和预警。
三、激光加工技术的优势和展望1、激光加工技术具有很高的精度和速度，可以将加工的误差降低至微米乃至亚微米级别，同时可以保证高速率的加工。
第5章激光加工
图5-7 焦点位置对孔形状的影响
4．光斑内的能量分布 ．
I I I
(a)
(b)
(c)
图5-8光斑能量分布对打孔质量的影响 光斑能量分布对打孔质量的影响
5．激光的多次照射 ．
第一次照射后
第二次照射后
第三次照射后
图5-9 光管效应示意图
6．工件材料 ．
二、激光切割
激光切割的原理和激光打孔原理基本相同。 激光切割的原理和激光打孔原理基本相同。 所不同 的是工件与激光束要有相对移动。 的是工件与激光束要有相对移动。激光切割大都采用重 复频率较高的脉仲激光器或连续振荡的激光器 或连续振荡的激光器。 复频率较高的脉仲激光器或连续振荡的激光器。
平平平 激激激 聚聚聚平 激激激 喷喷 辅辅辅辅 钛钛被
图5-10 CO2气体激光器切割钛合金示意图
激光切割大多采用大功率的CO2激光器，对于精 激光器， 激光切割大多采用大功率的 激光器 细切割，也可采用YAG激光器。 激光器。 细切割，也可采用 激光器 激光可以切割金属，也可以切割非金属。 激光可以切割金属，也可以切割非金属。在激光 切割过程中， 切割过程中，由于激光对被切割材料不产生机械冲击 和压力，再加上激光切割切缝小，便于自动控制， 和压力，再加上激光切割切缝小，便于自动控制，故 在实际中常用来加工玻璃、陶瓷、 在实际中常用来加工玻璃、陶瓷、各种精密细小的零 部件。 部件。 激光切割过程中， 激光切割过程中，影响激光切割参数的主要因素 有激光功率、吹气压力、材料厚度等。 有激光功率、吹气压力、材料厚度等。
图5-1 激光切割的样件
手机盖
集成块
图5-2 激光打商标
图5-3 激光雕刻
图5-4 激光快速成型
§5.1 激光加工的原理和特点
激光加工
(b) 指指加
(c) 阶阶加
几种形式的变幅杆
(3) 机床本体和磨料工作液循环系统 磨料工作液是磨料和工作液的混合物。常 用的磨料有碳化硼、碳化硅、氧化硒或氧 化铝等；常用的工作液是水，有时用煤油 或机油。磨料的粒度大小取决于加工精度、 表面粗糙度及生产率的要求。 •
• 3．超声波加工的应用 超声波加工的生产率虽然比电火花、电 解加工等低，但其加工精度和表面粗糙 度都比它们好，而且能加工半导体、非 导体的脆硬材料，如玻璃、石英、宝石、 锗、硅甚至金刚石等。
1
2
3
4 5 6 1—激激压；2—激激激； 3—全全全全振；4—聚聚聚振； 5—工工；6—工工工
激光加工示意图
• (2) 激光加工的特点 激光加工的特点主要有以下几个方面： 1. 几乎对所有的金属和非金属材料都可以进行 激光加工。 2. 激光能聚焦成极小的光斑，可进行微细和精 密加工，如微细窄缝和微型孔的加工。 3. 可用反射镜将激光束送往远离激光器的隔离 室或其它地点进行加工。 4. 加工时不需用刀具，属于非接触加工，无机 械加工变形。 5. 无需加工工具和特殊环境，便于自动控制连 续加工，加工效率高，加工变形和热
超声波切割加工
1 2 1—清清清； 2—变变变； 3—压压压压； 4—压压压压压压压； 5—镍镍(＋)； 6—镍镍(－)； 7—接接压压； 8—垫垫； 9—钢垫钢
3 4 5 6 7 8 9
超声波清洗装置
(3) 加工时宏观切削力很小，不会引起变形、 烧伤。表面粗糙度Ra值很小，可达0.2 µm，加工精度可达0.05～0.02 mm，而 且可以加工薄壁、窄缝、低刚度的零件。 (4) 加工机床结构和工具均较简单，操作维 修方便。 (5) 生产率较低。这是超声波加工的一大缺 点。
激光加工
发展也不足。
3、激光加工的原理和特点
3.1 激光的产生原理
（一）光的物理概念及原子的发光过程 3.1.1.光的物理概念 根椐光的电磁学说，可以认为光实质上是在一定波长范 围内的电磁波。同样也有波长λ，频率ν，波速c，它们三 者之间的关系为: c
人们能够看见的光称为可见光，它的波长为0.4～0.76μm。 波长大于 0.76μm的称为红外光或红外线，小于0.4 μm的称 为紫外光或紫外线。
为该单色光的谱线宽，是衡量单色性好坏的尺度，厶A越小，单 色性就越好。 在激光出现以前，单色性最好的光源要算氟灯，它发出的单 色光λ0 =605．7nm，在低温条件下， Δλ只有o．00047nm。激 光出现后，单色性有了很大的飞跃，单纵模稳频激光的谱线宽度 可以小于10-8nm，单色性比氖灯提高了上万倍。 （c）相干性好 光源的相干性可以用相干时间或相干长度来量度。相干时间 是指光源先后发出的两束光能够产生于涉现象的最大时间间隔。 在这个最大的时间间隔内光所走的路程(光程)就是相干长度，它 与光源的单色性密切有关，即
目前国内激光加工存在的问题：
(1)缺少适合大功率激光加工系统用的国产商品级 可靠、稳定的YAG固体激光器和CO2激光器； (2)尚无适合激光加工的国产商品级新型大功率半
导体激光器(LD)和LD泵浦的全固态激光器(DPSSL)； (3)尚缺可靠、稳定、长寿命国产商品级准分子激 光器和光纤激光器； (4)激光加工系统中的一些关键元器件和软件国内
2.2 国内激光加工产业和市场概况
自20世纪9O年代开始，随着市场经济快速发展， 国内出现了许多从事研制、生产和经营激光器和激光 加工设备的公司。但国内激光设备厂商主要以提供低 端设备为主，激光器也以传统的灯泵浦YAG固体激光 器和低端的CO2激光器为主。各种激光加工设备中的 很多关键器件都需要进口。
特种加工技术-激光加工
1.激光加工简介
根据激光束与材料相互作用的 机理,大体可将激光加工分为激光热 加工和光化学反应加工
激光热加工是指 利用激光束投射到材 料表面产生的热效应 来完成加工过程,包 括激光焊接、激光切 割、表面改性、激光 打标、激光钻孔和微 加工等。
光化学反应加工 是指激光束照射到物 体,借助高密度高能 光子引发或控制光化 学反应的加工过程。 包括光化学沉积、立 体光刻、激光刻蚀等 。
3.激光加工基本设备的组成
激光加工机的组成部分 激光加工的基本设备包括激光器、电源、光学系统及机 械系统等四大部分。 • 激光器：是激光加工的核心设备，它是把电能转换为光 能， 产生激光束； • 激光器电源：为激光器提供电能以及实现激光器和机械 系统 自动控制； • 光学系统：主要包括聚焦系统和观察瞄准系统； • 机械系统：包括床身、数控工作台和数控系统等。
工件材 料被熔 化、蒸 发、汽 化并溅 出去除 或破坏；
作用结 束与加 工区冷 凝。
2.激光加工原理和特点
激光加工特点 激光具有的宝贵特性决定了激光在 加工领域存在的优势：
1.由于它是无接触加工，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调， 因此可以实现多种加工的目的。 2.它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性、及 高熔点的材料。 3.激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工， 对非激光照射部位没有影响或影响极小。因此，其热影响区小，工件热 变形小，后续加工量小。
3.激光加工基本设备的组成
1 2 3
4 5 6 1— 激光器；2— 激光束； 3— 全反射棱镜；4— 聚焦物镜； 5— 工件；6— 工作台
激光加工示意图
3.激光加工基本设备的组成
激光加工常用激光器
激光加工
激光加工 1.激光的特点 ：
（一）定向发光 普通光源是向四面八方发光。要让发射的光朝一个方向传播，需要给光源 装上一定的聚光装置，如汽车的车前灯和探照灯都是安装有聚光作用的反光镜， 使辐射光汇集起来向一个方向射出。激光器发射的激光，天生就是朝一个方向 射出，光束的发散度极小，大约只有0.001弧度，接近平行。1962年，人类第一 次使用激光照射月球，地球离月球的距离约38万公里，但激光在月球表面的光 斑不到两公里。若以聚光效果很好，看似平行的探照灯光柱射向月球，按照其 光斑直径将覆盖整个月球。 （二）亮度极高 在激光发明前，人工光源中高压脉冲氙灯的亮度最高，与太阳的亮度不相 上下，而红宝石激光器的激光亮度，能超过氙灯的几百亿倍。因为激光的亮度 极高，所以能够照亮远距离的物体。红宝石激光器发射的光束在月球上产生的 照度约为0.02勒克斯（光照度的单位），颜色鲜红，激光光斑明显可见。若用 功率最强的探照灯照射月球，产生的照度只有约一万亿分之一勒克斯，人眼根 本无法察觉。激光亮度极高的主要原因是定向发光。大量光子集中在一个极小 的空间范围内射出，能量密度自然极高。
激光加工
（三）颜色极纯 光的颜色由光的波长（或频率）决定。一定的波长对应一定的颜色。太阳 光的波长分布范围约在0.76微米至0.4微米之间，对应的颜色从红色到紫色共7种 颜色，所以太阳光谈不上单色性。发射单种颜色光的光源称为单色光源，它发 射的光波波长单一。比如氪灯、氦灯、氖灯、氢灯等都是单色光源，只发射某 一种颜色的光。单色光源的光波波长虽然单一，但仍有一定的分布范围。如氖 灯只发射红光，单色性很好，被誉为单色性之冠，波长分布的范围仍有0.00001 纳米，因此氖灯发出的红光，若仔细辨认仍包含有几十种红色。由此可见，光 辐射的波长分布区间越窄，单色性越好。 激光器输出的光，波长分布范围非常窄，因此颜色极纯。以输出红光的氦 氖激光器为例，其光的波长分布范围可以窄到2×10^-9纳米，是氪灯发射的红 光波长分布范围的万分之二。由此可见，激光器的单色性远远超过任何一种单 色光源。 （四）能量密度极大 光子的能量是用E=hv来计算的，其中h为普朗克常量，v为频率。由此可知， 频率越高，能量越高。激光频率范围3.846*10^(14)Hz到7.89510(14)Hz.它的能量 密度很大（因为它的作用范围很小，一般只有一个点），短时间里聚集起大量 的能量，用做武器也就可以理解了。
激光加工.pdf
第七章激光加工第七章激光加工•激光加工（Laser Beam Machining，简称LBM）•激光是一种可控的单色光，强度高，能量密度大，可以在空气介质中高速加工•激光加工不需要任何加工工具，而且加工速度快、表面变形小•激光加工可以用于打孔、切割、电子器件的微调、焊接、热处理、以及激光储存等各个领域12第一节激光加工的原理和特点一激光的产生原理第一节激光加工的原理和特点一激光的产生原理•激光是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度靠光热效应来加工各种材料的•原子是由原子核和绕核转动的电子组成的。
原子的内能就是电子绕原子核转动的动能和电子被原子核吸引的位能之和。
如果由于外界的作用，使电子与原子核的距离增大或缩小，则原子的内能也随之增大或缩小。
电子只有靠近原子核的轨道运动才是最稳定的，这时电子所处的状态称为“基态”。
当外界传给原子一定能量时，原子内能就会增加，外层电子的轨道半径会扩大，被激发到高能级，称为“激发态”或“高能态”•被激发到高能级的电子是很不稳定的，它总是力图回到低能级去。
电子从高能级回落到低能级的过程称为“跃迁”。
•基态原子可以长时间地存在，而处于激发状态的各种高能级原子停留的时间一般都较短。
而有些原子或离子的高能级或次高能级却有较长的寿命，这种寿命较长的较高能级称为亚稳态能级。
这种亚稳态能级的存在是形成激光的重要条件•当原子从高能级跃迁回到低能级或基态时，常会以光子的形式辐射出光能量34•原子从高能态自发地跃迁到低能态而发光的过程称为“自发辐射”•当一束光入射到具有大量激发态原子的系统中，这种光的频率v 与很接近，则处于激发能级上的电子在这束光的刺激下会跃迁到较低能级，同时发出一束光，这种发光过程称为“受激辐射”•具有亚稳态能级结构的物质，在一定外来光子能量激发的条件下，会吸收光能，使处于较高能级的原子数目大于处于低能级的原子数目，这种现象称为“粒子数反转”h E E n 1−5•在粒子数反转的状态下，如果有一束光子照射该物体，而光子的能量恰好等于这两个能级相对应的能量差，这时就能产生受激辐射，输出大量的光能•用脉冲氙灯照射红宝石时，使红宝石中处于基态E 1的铬离子大量激发到E n 状态，由于E n 状态寿命很短，E n 状态的铬离子又很快跳到寿命较长的亚稳态E 2状态。
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激光加工激光加工是激光系统最常用的应用。
根据激光束与材料相互作用的机理，大体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。
激光热加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等；光化学反应加工是指激光束照射到物体，借助高密度高能光子引发或控制光化学反应的加工过程。
包括光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等。
简介激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工的。
激光加工不需要工具、加工速度快、表面变形小，可加工各种材料。
用激光束对材料进行各种加工，如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。
某些具有亚稳态能级的物质，在外来光子的激发下会吸收光能，使处于高能级原子的数目大于低能级原子的数目——粒子数反转，若有一束光照射，光子的能量等于这两个能相对应的差，这时就会产生受激辐射，输出大量的光能。
太阿激光打标机编辑本段优点1、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；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激光切割设备合，实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度；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。
编辑本段分类激光切割激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。
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。
相关产品：红外激光器：DM20-1053 DM30-1053 DM40-1053 DM50-1053紫外激光器：DS10E-351 DS20-351 DS10E-355 DS20-355DS10HE-355 DS20H-355（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。
激光光束配上高纯惰性切割气体促使熔化的材料离开割缝，而气体本身不参于切割。
——激光熔化切割可以得到比气化切割更高的切割速度。
气化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。
在激光熔化切割中，激光光束只被部分吸收。
——最大切割速度随着激光功率的增加而增加，随着板材厚度的增加和材料熔化温度的增加而几乎反比例地减小。
在激光功率一定的情况下，限制因数就是割缝处的气压和材料激光雕刻产品的热传导率。
——激光熔化切割对于铁制材料和钛金属可以得到无氧化切口。
——产生熔化但不到气化的激光功率密度，对于钢材料来说，在104W/cm²～105 W/cm²之间。
（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氧气作为切割气体。
借助于氧气和加热后的金属之间的相互作用，产生化学反应使材料进一步加热。
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。
另一方面，该方法和熔化切割相比可能切口质量更差。
实际上它会生成更宽的割缝、明显的粗糙度、增加的热影响区和更差的边缘质量。
——激光火焰切割在加工精密模型和尖角时是不好的（有烧掉尖角的危险）。
可以使用脉冲模式的激光来限制热影响。
——所用的激光功率决定切割速度。
在激光功率一定的情况下，限制因数就是氧气的供应和材料的热传导率。
（3）激光气化切割在激光气化切割过程中，材料在割缝处发生气化，此情况下需要非常高的激光功率。
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。
该加工实际上只用于铁基合金很小的使用领域。
该加工不能用于，象木材和某些陶瓷等，那些没有熔化状态因而不太可能让材料蒸气再凝结的材料。
另外，这些材料通常要达到更厚的切口。
——在激光气化切割中，最优光束聚焦取决于材料厚度和光束质量。
——激光功率和气化热对最优焦点位置只有一定的影响。
——所需的激光功率密度要大于108W/cm2，并且取决于材料、切割深度和光束焦点位置。
——在板材厚度一定的情况下，假设有足够的激光功率，最大切割速度受到气体射流速度的限制。
激光焊接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。
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。
相关产品：红外激光器：DM20-1053 DM30-1053 DM40-1053 DM50-1053激光钻孔随着电子产品朝着便携式、小型化的方向发展，对电路板小型化提出了越来越高的需求，提高电路板小型化水平的关键就是越来越窄的线宽和不同层面线路之间越来越小的微型过孔和盲孔。
传统的机械钻孔最小的尺寸仅为100μm ，这显然已不能满足要求，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。
目前在世界范围内激光在电路板微孔制作和电路板直接成型方面的研究成为激光加工应用的热点，利用激光制作微孔及电路板直接成型与其它加工方法相比其优越性更为突出，具有极大的商业价值。
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、化纤喷丝激光加工设备头等工件的加工。
在造船、汽车制造等工业中,常使用百瓦至万瓦级的连续CO2激光器对大工件进行切割,既能保证精确的空间曲线形状,又有较高的加工效率。
对小工件的切割常用中、小功率固体激光器或CO2激光器。
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。
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。
激光微调采用中、小功率激光器除去电子元器件上的部分材料，以达到改变电参数（如电阻值、电容量和谐振频率等）的目的。
激光微调精度高、速度快，适于大规模生产。
利用类似原理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。
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理部位，工件变形小,可处理形状复杂的零件和部件,可对盲孔和深孔的内壁进行处理。
例如，气缸活塞经激光热处理后可延长寿命；用激光热处理可恢复离子轰击所引起损伤的硅材料。
激光加工的应用范围还在不断扩大，如用激光制造大规模集成电路，不用抗蚀剂，工序简单,并能进行0.5微米以下图案的高精度蚀刻加工，从而大大增加集成度。
此外，激光蒸发、激光区域熔化和激光沉积等新工艺也在发展中。
2.2 加工质量编辑本段加工精度激光切割的加工精度是由加工机性能、光束品质、加工现象而决定的整体精度。
一、关于尺寸变化即使按照程序进行切割，也有加工产品无法满足精度要求的情况。
所以需要根据不同的情况采取对策。
1.加工产品的全体尺寸有变化这是由于切口上激光焦点直径和其周围燃烧区域形成的切口宽度所影响的。
虽然在相同条件下，对相同的加工物，使用同一偏置补偿值可以确保其精度，但是焦点位置的设定要凭借加工机操作人员的感觉来确定，而且热透镜作用也会造成焦点位置的变化，所以需要定期检查最佳的偏置补偿值。
2．加工方向(部分)上的尺寸误差有差别板材上部的尺寸精度与尺寸精度有不同的情况。
这个现象要考虑两方面激光加工在服装行业应用的原因。
首先，光束圆度和强度分布不均一，造成切口宽度沿加工方向有所不同。
解决的方法是进行光轴调整或清洗光学部件。
其次，被加工物受热膨胀会引起加工形状长方向尺寸变短的情况。
3．翘曲引起的变化尺寸精度虽然在要求范围内，但由于热变形等原因会造成发生翘曲。
加工铝、铜、不锈钢等时非常显著，它受到线膨胀系数、热容量等物性的影响。
就加工形状来说，纵横比越大，翘曲量就越大。
采用低热量加工条件以及加工线路等在加工程序上下工夫，但还没有完全解决问题。
加工板件所拥有的残留应力对翘曲和尺寸误差也有影响，所以我们需要对加工程序始终保持一定的配置方向。
4．间距精度变化加工很多孔时，孔与孔之间的间距精度会出现偏差。
由于在热膨胀情况下开孔，冷却收缩后，间距变小。
我们可以在程序中补正收缩部分的精度或者灵活运用形状缩放功能。
无论什么情况，都要在初期加工后，测定其加工尺寸，补误差。
当间隔精度不随加工位置而变化，而是在整个加工区里都恶化时，其原因是机械精度的恶化而造成的。
5．圆度变化在激光加工中加工孔切割面产生坡度是无法避免的，下面直径比背面直径大，一般都评估背面稍小一侧的圆度。
编辑本段实际操作1、穿孔的难度在切割的开始部位加工开始加工所需要的孔称做穿孔。
板越厚，穿孔就越不稳定。
可以说，板厚大于12.Omm的厚板切割中，发生加工不良现象的70%起因于穿孔不好。
为了实施稳定的穿孔，在这里对穿孔的加工特性进行说明。
2、穿孔的原理在穿孔过程中，贯通之前加工中产生的熔融金属堆积在被加工物表面上孔的周围。
从发光后对被加工物表面加热过程，到缓慢加热进行穿孔作用，直至最后的贯通是连续进行的。
这个方法，如果板件厚度大于9.Omm，则穿孔时间就会急剧增加，但是孔径约为0.5mm，比切口窄，热影响也小。
因此，如果增加加工能力，加大输出能量，熔融金属就很难全部从孔径上部排出，出现过度燃烧现象。
CW条件是在被加工物表面的略微上方设定焦点位置，增大加工孔径，迅速加热的方法。
虽然出现大量熔融金属，飞散到被加工物表面上，但却大幅度缩短了加工时间。
在穿孔的孔壁上也会出现吸收激光能量的现象。
在穿孔加工过程中，照射的激光在穿孔中多重反射，边被吸收边向下传播。
为了缩短穿孔时间，就要补充被孔壁吸收而激光加工在电子行业应用被减弱的能量，即在穿孔过程中有必要增加输出功率。