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。
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。
简述激光加工的原理及特点
简述激光加工的原理及特点
激光加工是一种利用激光束来加工材料的技术。
其原理是通过将激光束聚焦到非常小的点上，使材料受到高能量的热作用，从而使材料发生溶化、蒸发、燃烧或气化等形式的剥离或切割。
激光加工的特点如下：
1. 高精度：激光束的直径可以控制到非常小的范围，因此能够实现精细的雕刻、打孔和切割等加工。
2. 非接触性：激光加工是一种非接触性加工方式，通过光束与材料作用，避免了与被加工物接触产生的磨损和污染。
3. 高能量密度：激光束具有高能量密度，能够在很短的时间内提供足够的热量，快速加工材料。
这种高能量密度实现了高速切割和高效率的加工。
4. 材料适应性广：激光加工适用于各种材料，包括金属、非金属、有机物等，且对材料的硬度和形状要求并不严格。
5. 灵活性高：激光加工可以根据需要更改加工路径和形状，能够完成复杂的加工任务，并能够用于多种工艺，如切割、焊接、打孔等。
6. 热影响区小：由于激光加工的热能作用是通过激光束的瞬时加热实现的，因此热影响区小，不会对周围材料产生较大的热影响和变形。
激光加工的原理和特点使其在工业制造和精密加工领域得到了广泛应用，如汽车制造、电子制造、航空航天等领域。
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。
激光加工的原理特点应用
激光加工的原理特点应用一、激光加工的原理激光加工是一种利用高能量激光对材料进行加工的技术。
其原理基于激光的特性和相应的相互作用过程。
1. 激光的特性•高亮度：激光具有高亮度，即光束中的光子数目非常高。
•高单色性：激光是一种单色光，光的频率非常纯净。
•高相干性：激光具有相干性，光波的振动方向具有一定的规律。
2. 激光与材料的相互作用•吸收：激光进入材料后，会被材料吸收，能量转化为材料内部的热能。
•散射：激光与材料相互作用时，可能会发生散射现象，即光线改变了方向。
•光热效应：激光加工中，激光光束的能量转化为热能，使材料局部融化或汽化。
二、激光加工的特点1. 高精度激光加工具有非常高的精度。
由于激光光束的单色性和聚焦性，可以实现对材料的精细加工，尺寸控制在微米级别。
2. 无接触加工激光加工是非接触式加工技术，光束直接作用于材料表面，无需实体接触。
这种无接触性让激光加工可以对脆性材料、高硬度材料以及容易变形的材料进行加工，避免了物理性力量对材料造成的损伤。
3. 操作灵活激光加工可以通过调整激光的功率、频率、焦点位置和扫描速度等参数来实现不同的加工效果。
这使得激光加工具有操作灵活性，适应性强，能够满足不同材料和产品的加工需求。
4. 高速加工激光加工速度快，加工效率高。
由于激光光束具有较高的功率密度，能够在瞬间对材料进行加热、熔化和汽化。
这种高速加工能够极大地提高生产效率，适用于大批量加工生产。
5. 广泛应用激光加工技术广泛应用于各个领域。
例如，激光切割用于金属材料、塑料材料的切割加工；激光打标用于产品标记和编号；激光焊接用于金属零件的焊接；激光雕刻用于木材、石材、玻璃的雕刻等等。
三、激光加工的应用1. 工业制造激光加工在工业制造中扮演着重要的角色。
例如，激光切割技术可用于汽车制造中的车身零件切割，减少了材料浪费和加工时间；激光焊接技术可用于焊接不易访问到的位置，提高了焊接质量和生产效率。
2. 电子设备制造激光加工在电子设备制造中有广泛的应用。
什么是激光加工-激光加工的优势
什么是激光加工?激光加工的优势什么是激光加工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。
激光加工的优势：从全球激光产品的应用领域来看，材料加工行业仍是其主要的应用市场，占比为35.2%;通信行业排名第二，其所占比重为30.6%;另外，数据存储行业占据第三位，其所占比重为12.6%。
与传统加工技术相比，激光加工技术具有材料浪费少、在规模化生产中成本效应明显、对加工对象具有很强的适应性等优势特点。
在欧洲，对高档汽车车壳与底座、飞机机翼以及航天器机身等特种材料的焊接，基本采用的是激光技术。
激光加工属于无接触加工,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。
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。
激光加工柔性大主要用于切割、表面处理、焊接、打标和打孔等。
激光表面处理包括激光相变硬化、激光熔敷、激光表面合金化和激光表面熔凝等。
激光加工技术主要有以下独特的优点:①使用激光加工，生产效率高，质量可靠，经济效益。
②可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工;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。
③激光加工过程中无"刀具"磨损，无"切削力"作用于工件。
激光加工
质量优势
技术特质
实际应用
切割缝边缘热影响区小 激光切割需要的总能量少 大型电机硅钢铁芯下料
激光切割的切缝窄小
激光切割的能量高度集中 石油管的过滤缝切割
切割精度高、工件变形小 激光聚焦光斑的直径小 汽缸垫的切割成型
激光打孔中，要详细了解打孔的材料及打孔要求。从理论上讲， 激光可以在任何材料的不同位置，打出浅至几微米，深至二十几毫 米以上的小孔，但具体到某一台打孔机，它的打孔范围是有限的。 所以，在打孔之前，最好要对现有的激光器的打孔范围进行充分的 了解，以确定能否打孔。
激光打孔的质量主要与激光器输出功率和照射时间、焦距与发散 角、焦点位置、光斑内能量分布、照射次数及工件材料等因素有关。 在实际加工中应合理选择这些工艺参数。
一、激光打孔
激光打孔的优点：
二、激光切割
激光切割是激光加工的重要应用领域。激光切割是利用高能量
密度的激光束熔化或汽化材料，并用辅助气体吹除熔化材料形成割
缝的过程。激光切割切缝窄，几乎没有切割残渣，热影响区小，切
割噪声小，能够按照AutoCAD设计文件快速完成制造过程，不需要 增加其他的模具费用。
3．焦点位置
五、激光焊接
4．光斑内的能量分布
六、激光热处理
5．激光的多次照射
表面处理
6．工件材料
冲击强化
二、激光切割
七、激光存储
刻划、雕刻
八、激光快速成形技术
一、激光打孔
随着近代工业技术的发展，硬度大、熔点高的材料应用越来越 多，并且常常要求在这些材料上打出又小又深的孔，例如，钟表或 仪表的宝石轴承，钻石拉丝模具，化学纤维的喷丝头以及火箭或柴 油发动机中的燃料喷嘴等。这类加工任务，用常规的机械加工方法 很困难，有的甚至是不可能的，而用激光打孔，则能比较好地完成 任务。
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。
激光加工综述
激光加工综述激光加工是一种新兴的技术，通过非接触式的方式将激光束聚焦到物体表面，实现对材料的加工和处理。
相比传统的加工方法，激光加工具有许多优点，如高精度、高效率、低成本等。
本文将从以下几个方面对激光加工进行综述：一、激光加工的特点激光加工具有许多优点。
首先，激光加工是非接触式的，不会对材料造成机械挤压或变形，因此可以避免对材料造成损伤。
其次，激光加工的精度高，可以实现对微小细节的精确控制。
此外，激光加工的速度快，可以大幅提高生产效率。
最后，激光加工还可以对各种材料进行加工，如金属、非金属、复合材料等。
二、激光加工的类型及应用激光加工主要包括激光切割、激光焊接、激光打标等类型。
激光切割是通过高能激光束将材料汽化或氧化，从而实现切割的目的。
激光焊接则是通过激光束将材料熔化后重新凝结，实现焊接的目的。
激光打标则是通过激光束在材料表面留下永久性的标记。
在实际应用中，激光加工被广泛应用于各种领域，如汽车制造、航空航天、电子工业、医疗器械等。
在汽车制造领域，激光加工可以用于实现汽车零部件的高精度焊接和切割。
在航空航天领域，激光加工可以用于制造高强度的零部件。
在电子工业领域，激光加工可以用于实现微电子器件的精细打标和切割。
在医疗器械领域，激光加工可以用于制造高精度的医疗设备和器械。
三、激光加工技术的未来发展随着科技的不断发展，激光加工技术也在不断进步和完善。
未来，激光加工将会向着更加高效、精确、智能化的方向发展。
同时，随着新材料的不断涌现和应用，激光加工也将会面临新的挑战和机遇。
相信在未来，激光加工将会在更多的领域得到应用和发展。
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。
激光加工分类及特点
激光加工分类及特点
以下是 6 条关于“激光加工分类及特点”的内容：
1. 激光切割呀，那可厉害啦！你想想看，就像一把超级锋利的刀，能把各种材料精准地切开。
比如在汽车制造中，激光切割能快速又精确地把钢板裁成各种形状，这多牛啊！激光切割的特点就是速度快、精度高、切口光滑。
嘿嘿，这不比普通切割厉害多了？
2. 哎呀，还有激光焊接呢！它就像是一个神奇的胶水，把不同的东西牢牢地粘在一起。
你看那些精细的医疗器械，不就是靠激光焊接来保证质量的嘛！它可以在很小的空间内进行焊接，而且焊接强度还特别高，这难道不令人惊叹吗？
3. 激光打标可有意思啦！相当于给物品打上一个独特的标记，就像给它们盖上了一个专属印章。
比如说在手机上打标，让你的手机瞬间变得独一无二。
它的特点就是永久性、清晰可见，多棒啊！你能不心动吗？
4. 来说说激光打孔吧！这简直就是在材料上开洞的高手啊。
嘿嘿，就像给一张纸戳个小孔那么简单，但对于坚硬的材料也不在话下哦！一些精密仪器上的小孔，可都是激光打孔的杰作呢。
它可以打出非常小且精确的孔，这多神奇呀！
5. 激光雕刻也很了不起啊！就好像一个艺术家，能在各种材料上创作出精美的图案。
像一些精美的工艺品，不就是通过激光雕刻来展现魅力的嘛！它能把细节展现得淋漓尽致，这是普通雕刻很难做到的呀，不是吗？
6. 最后讲讲激光热处理吧！这相当于给材料做一次特别的“保养”。
比如让金属的性能变得更好，更耐用。
它能改变材料的组织结构，哇塞，是不是很厉害？这激光加工的分类和特点可真让人着迷啊，每一种都有自己独特的魅力和用途，以后肯定会在更多的领域大显身手呢！。
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
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、激光加工技术简介1.1 什么是激光加工技术？激光加工技术是一种利用激光光束对材料进行加工和加工的技术。
它具有高精度、高速度、无接触、无热影响区等特点，被广泛应用于各个领域。
1.2 激光加工技术的分类•激光切割：利用激光光束对材料进行切割，常见于金属加工领域。
•激光打标：利用激光光束对材料进行永久性标记，常见于工业产品标识等领域。
•激光焊接：利用激光光束对材料进行焊接，通常应用于金属材料的精密焊接。
•激光钻孔：利用激光光束对材料进行孔洞加工，常用于陶瓷、玻璃等材料的加工。
二、激光加工技术的原理2.1 激光的发射原理激光发射的原理是通过激发物质产生受激辐射，这种辐射经过增益介质的反射、传播和放大，最终形成激光束。
2.2 激光与材料的相互作用激光与材料相互作用时，会发生吸收、反射、传导和散射等现象。
吸收激光能量的材料会发生加热，从而引起材料的融化、汽化或化学反应。
2.3 激光加工的控制参数激光加工过程中，影响加工质量的关键参数包括激光功率、激光束聚焦直径、加工速度以及材料的光学特性。
三、激光加工技术的应用领域3.1 工业制造激光加工技术在工业制造中得到广泛应用。
比如，激光切割可以用于金属板材的裁剪，激光打标可以用于产品标识。
3.2 电子制造在电子制造领域，激光加工技术可以用于电路板的制造和组装，以及半导体芯片的加工。
3.3 医疗领域激光加工技术在医疗领域有着重要应用，例如激光手术刀可以用于精确的手术操作，激光治疗可以用于皮肤病变的治疗。
3.4 精密仪器制造激光加工技术在精密仪器制造中发挥着重要作用。
比如，利用激光焊接可以实现对微型零件的可靠连接。
四、激光加工技术的优势与挑战4.1 优势•高精度：激光加工技术能够实现微米级别的加工精度，适用于精密加工领域。
•高速度：激光加工速度快，能够大幅提高生产效率。
•无接触：激光加工过程中，光束与材料无接触，避免了因机械接触而引起的损伤。
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激光加工技术的应用与发展
摘要：激光加工是把具有足够能量的激光束聚焦后照射到所加工材料的适应部分，在极短的时间内，光能转换为热能，被照部位迅速升温。
根据不同的光照参量，材料可以发生汽化、熔化、金相组织变化以及产生相当大的热应力，从而达到工件材料被去除、连接、改性或分离等加工。
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。
激光能适应任何材料的加工制造，尤其在一些的特殊精度和要求、特别场合和特种材料的加工制造方面起着无可替代的作用。
关键词：加工原理、反展前景、强化处理、细微加工、发展前景。
一激光加工的原理及其特点
1 激光加工的原理
激光加工是将激光照射到工件的表面，以激光的高能量来切除、融化材料以及改变物体表面性能。
由于激光加工时无接触式加工，工具不会与工件的表面直接摩擦产生阻力，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不同层面和范围上。
2激光的基本特性
首先，激光也是一种光，因此具有一般光的共性。
此外，由于激光的发射时以受辐射为主，因而发光物质中基本上是有组织地、相互关联地产生光发射的，发出光波的频率、方向、偏振状态相同和位相关系严格。
因此产生了激光的四大特性：亮度（强度）高、单色性好、相干性好和方向性强。
1）强度高激光的强度高，主要是由于激光在空间上和时间上可以实现光能的高度集中。
2）单色性好太阳光包含红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等7种颜色，每一种颜色的光对应一定的波长与频率，而激光往往是只有一种频率的光，因此激光也是
单色光。
激光器所发出的激光具有其他光源难以到达的、极高的单色性。
这是
由于构成激光的谐振腔的反射镜对波长选择性极佳，并且利用原子固有的能级
跃迁的结果。
3）相干性好光源的相干性可以利用相干长度来衡量。
相干时间是指光源先后发出的俩束光产生干涉现象的最大时间间隔。
4）方向性强光束的方向性是用光束的发散角表征的。
应当指出，上述激光的四个特性不是相互无关的，而是相互联系、相互渗透的。
二激光技术
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。
激光加工有许多优点：1激光功率密度大，工件吸收激光后温度迅速升高而融化或汽化，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的材料加工；5激光束的发散角不可小于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以达到千瓦至十千瓦量级，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合，实现加工的高度自动化和达到很高的加工精密；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。
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。
激光切割、划片与刻字
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。
微光微调精度高、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。
激光焊接
激光焊接强度高、热变形小、密封性好，可以焊接尺寸和性质悬殊，以及熔点很高和易氧化的材料。
激光焊接的心脏起搏器，其密封性好、寿命长，而且体积小。
热光热处理用激光器照射材料，选择适当的波长和控制照射时间、功率密度，可使材料表面融化和再结晶，达到淬火或退火的目的。
强化处理
激光表面强化技术基于激光束的高能量密度加热和工件快速自冷却俩个过程，在金属材料激光表面强化中，当激光束能量密度处于低端时可用于金属材料的表面相变强化，当激光束能连密度处于高端时，工件表面光斑出相当与一个移动的坩埚，可完成一系列的冶金过程。
微细加工，选择适当波长的激光，通过各种优化工艺和逼近衍射极限的聚焦系统，获得高质量光束、高稳定性、微小尺寸焦斑的输出。
利用其锋芒尖利的“光刀”特性，进行微小透明微痕的刻制、高密信息的直写。
（1）微细机械加工工艺
（2）微细电加工工艺
三激光加工的发展前景
激光加工用于再制造业和应用于其他制造业一样，有其不可替代的优点，并优于其它加工技术。
激光加工用于在制造业是由相变硬化发展到激光表面合金化和激光熔覆，由激光合金涂层及陶瓷涂层，从而使得激光表面加工技术成为再制造的一项重要手段。
它主要采用5KW~10KWCO2高功率激光器及其系统。
与国际上激光加工系统相比，我国的激光加工系统差距甚大，仅占全球销售的4%左右。
主要表现为：高档激光加工系
统很少，甚至没有；主力激光器不过关；微细激光加工缺口较大；而这些领域我国的生产，加工企业正在积蓄力量稳步进入，国内应用市场很有发展空间。
参考文献：
【1】·张辽远，现代加工技术。
北京：机械工业出版社，2008.7
【2】·宋威廉，激光加工技术的发展。
北京：机械工业出版社，2008.3
【3】·曾智江朱三根，微细技工技术的研究。
北京：高等教育出版社，2007.12 【5】·孟永刚，激光加工技术。
北京：国防工业出版社，2008.01
【6】·吉卫喜，现代制造技术与装备。
北京：高等教育出版社，2010.10。