激光加工论文

浅谈激光加工技术

摘 要：激光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。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，尤其在一些有特殊精度和要求、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：激光加工、高能量、高精度。

一 激光加工的起源和原理

在某些特别的场合有特别的加工精度要求，脆硬材料及快速的加工过程中，利用传统的加工工艺是无法实现的。随着科学技术的发展和社会需求的多样化，产品的竞争越来越激烈，更新换代的周期也越来越短。为此，为了能根据市场的要求尽快设计出新产品，而且能在尽可能短的时间内制造出原型，从而进行性能测试和修改，最终形成定型产品。20世纪60年代发展起来一种特种加工技术——激光加工。

与传统加工工艺不同，激光加工是利用光的能量，经过透镜聚焦，在焦点上达到很高的能量密度，然后将激光束照射到工件的表面，以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。激光是可控的单色光，有激光器，激光电源等激发产生的一种单色光。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，几乎不会产生任何的机械冲击和压力，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。 二 激光加工的特点

激光特有的特性决定了激光在加工领域存在很大的优势：

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激光加工过程中无“刀具”磨损，无“切削力”作用于工件。 ④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。

⑤它可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。 ⑥由于激光束易于导向、聚集实现作各方向变换，极易与数控系统配合，对复杂工件进行加工，因此是一种极为灵活的加工方法。

⑦使用激光加工，生产效率高，质量可靠，经济效益好。 三 激光加工的应用

由于激光独有的特点，激光可以切割几乎任何的材料，因此，激光加工技术在现代工业加工中有广泛的应用。

1、激光打孔

传统的加工技术加工高熔点的材料是很难实现的，并且难以做到高精密性。而激光加工技术是利用激光束在空间和时间上高度集中和高能量密度的特点对材料进行加工的。因此可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。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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(如陶瓷)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。 四 激光的发展趋势

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。激光加工用于再制造业是由相变硬化发展到激光表面合金化和激光熔覆，由激光合金涂层发展到复合涂层及陶瓷涂层，从而使得激光表面加工技术成为再制造的一项重要手段。它主要是采用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，仅占全球销售额的4%左右。主要表现为：高档激光加工系统很少；主力激光器不过关；微细激光加工装备缺口较大；而这些领域我国的生产 加工企业正在积蓄力量稳步进入，国内应用市场有很大发展空间。国内各类制造业接受了激光加工技术，它可使他们的产品增加技术含量，加快产品更新换代，为适应21世纪高新技术的产业化、满足宏观与微观制造的需要，研究和开发高性能光源势在必行。目前正在积极研制超紫外、超短脉冲、超大功率、高光束质量等特征的激光，尤其是能适应微制造技术要求的激光光源更是倍受关注，并已形成国际性竞争。 五 结语

随着激光加工技术的不断发展和日益成熟，以及激光其本身所独有的特点与优势，使得传统加工技术的欠缺得以弥补。这为在特殊条件，特殊加工要求的加工过程中提供了一个良好的技术。

参考文献：

[1] 刘晋春，赵万生等.特种加工（第4版）[M].机械工业出版社，2007. [2] 宋威廉，激光加工技术的发展[M].北京：机械工业出版社，2008. [3] 赵万生.特种加工技术[M].北京：机械工业出版社，2004. [4] 张辽远.现代加工技术[M].北京：机械工业出版社，2002. [5] 刘振辉，杨嘉楷.特种加工[M].重庆：重庆大学出版社，1991. [6] 孟永刚. 激光技工技术[M].北京：国防工业出版社，2008.01