激光加工基本原理

1、1激光加工基本原理（分享）4.1.1激光加工的特點(diǎn)與分類4.1.1.1激光加工的特點(diǎn)激光（LASER）是英語(yǔ)“LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation”的字頭縮寫，意思為“通過(guò)受激輻射實(shí)現(xiàn)光放大”。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(duì)材料進(jìn)行切割、焊接、表面處理、打孔、增材加工及微加工等的一門加工技術(shù)。激光加工技術(shù)是涉及到光、機(jī)電、材料及檢測(cè)等多門學(xué)科的一門綜合技術(shù)，它

2、的研究范圍一般可分為激光加工系統(tǒng)和激光加工工藝。激光加工與其他加工技術(shù)相比有其獨(dú)特的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，它的主要特點(diǎn)有：1、非接觸加工。激光屬于無(wú)接觸加工，切割不用刀具，切邊無(wú)機(jī)械應(yīng)力，也無(wú)刀具磨損和替換、拆裝問(wèn)題，為此可縮短加工時(shí)間；焊接無(wú)需電極和填充材料，再加上深熔焊接產(chǎn)生的純化效應(yīng)，使得焊縫雜質(zhì)含量低、純度高。聚焦激光束具有106～1012Wcm2高功率密度，可以進(jìn)行高速焊接和高速切割。利用光的無(wú)慣性，在高速焊接或切割中可急停和快速啟動(dòng)。

3、2、對(duì)加工材料熱影響區(qū)小。激光束照射到物體的表面是局部區(qū)域，雖然在加工部位的溫度較高，產(chǎn)生的熱量很大，但加工時(shí)的移動(dòng)速度很快，其熱影響的區(qū)域很小，對(duì)非照射的部位幾乎沒(méi)有影響。在實(shí)際熱處理、切割、焊接過(guò)程中，加工工件基本沒(méi)有變形。正是激光加工的這一特點(diǎn)，它已被成功地應(yīng)用于局部熱處理和顯像管焊接中。3、加工靈活。激光束易于聚焦、發(fā)散和導(dǎo)向，可以很方便地得到不同的光斑尺寸和功率大小，以適應(yīng)不同的加工要求。并且通過(guò)調(diào)節(jié)外光路系統(tǒng)改變光束的方向，

4、與數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人進(jìn)行連接，構(gòu)成各種加工系統(tǒng)，可對(duì)復(fù)雜工件進(jìn)行加工。激光加工不受電磁干擾，可以在大氣環(huán)境中進(jìn)行加工。4、可以進(jìn)行微區(qū)加工。激光束不僅可以聚焦，而且可以聚焦到波長(zhǎng)級(jí)光斑，使用這樣小的高能量光斑可以進(jìn)行微區(qū)加工。5、可以透過(guò)透明介質(zhì)對(duì)密封容器內(nèi)的工件進(jìn)行加工。6、加工高硬度、高脆性、高熔點(diǎn)的金屬及非金屬材料。4.1.1.2激光加工的分類1、激光材料去除加工在生產(chǎn)中常用的激光材料去除加工有激光打孔、激光切割、激光雕刻和激光刻蝕

5、等技術(shù)。2、激光材料增長(zhǎng)加工激光材料增長(zhǎng)加工主要包括激光焊接、激光燒結(jié)和快速成形技術(shù)。3、激光材料改性激光材料改性主要有激光熱處理、激光強(qiáng)化、激光涂覆、激光合金化和激光非晶化、微晶化等。4、激光微細(xì)加工3表42激光器組成激光工作物質(zhì)包括激活粒子與基質(zhì)。為了形成穩(wěn)定的激光，首先必須要有能夠形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的發(fā)光粒子——激活粒子。它們可以是分子、原子或離子。這些激活粒子有些可以獨(dú)立存在，有些則必須依附于某些材料中。為激活粒子提供寄存場(chǎng)所的材料

6、稱為基質(zhì)，它們可以是固體或液體。泵浦源泵浦源的作用是對(duì)激光工作物質(zhì)進(jìn)行激勵(lì)，產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。不同的激光工作物質(zhì)往往采用不同的泵浦源。光學(xué)諧振腔光學(xué)諧振腔的作用主要有以下兩個(gè)方面。產(chǎn)生和維持激光振蕩、改善輸出激光的質(zhì)量。諧振腔由放置在激光工作物質(zhì)兩邊的兩個(gè)反射鏡組成，其中之一是全反射鏡，另一個(gè)作為輸出鏡用，是部分反射、部分透射的半反射鏡。[1]4.1.3激光器系統(tǒng)激光器按工作物質(zhì)的不同可以分為：固體，氣體，液體，光纖及半導(dǎo)體激光器等。另外

7、，根據(jù)激光輸出方式的不同又可分為連續(xù)激光器和脈沖激光器，其中脈沖激光的峰值功率可以非常大。用于工業(yè)材料加工的主要有固體激光器、CO2激光器等幾種激光器。在此，對(duì)幾種主要激光器進(jìn)行介紹。4.1.3.1固體激光器固體激光器以其獨(dú)特的優(yōu)越性在材料加工中獲得廣泛的應(yīng)用，固體激光器的優(yōu)點(diǎn)是：1）輸出光波波長(zhǎng)較短。紅寶石激光器輸出波長(zhǎng)為694.3nm；Nd：YAG及釹玻璃激光器的輸出波長(zhǎng)為1.06?m，比CO2激光器低一個(gè)數(shù)量級(jí)。并且固體激光器的輸

8、出波長(zhǎng)多在可見(jiàn)光區(qū)段或近紅外光區(qū)段，很容易用某些晶體倍頻，獲得可見(jiàn)光甚至紫外光波段光波。對(duì)于大多數(shù)材料，激光波長(zhǎng)越短，吸收系數(shù)越大，在加工工件時(shí)，固體激光器所需的平均功率比用CO2激光器的要小。2）固體激光器輸出較易使用普通光學(xué)元件傳遞。對(duì)于波長(zhǎng)為1.06?m的近紅外光，還可用光纖維傳輸，具有方便靈活的特點(diǎn)。3）結(jié)構(gòu)緊湊、牢固耐用、使用維護(hù)比較方便，價(jià)格也比氣體激光器低。固體激光器的這些優(yōu)越性使得其在激光打孔、焊接、表面工程和半導(dǎo)體加工