先进制造加工技术-激光加工技术

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1、先进制造加工技术之激光加工技术摘要：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。本文将分别介绍激光加工技术的国内外工业激光现状，原理、特点、应用，并对其发展前景进行论述。关键词：激光加工技术；加工原理；强化处理；微细加工；发展前景。引言20世纪

2、20年代爱因斯坦提出的光受激辐射的概念预见了激光的产生,40年后的1960年美国科学家梅曼率先研制成功的第一台红宝石激光器标志着激光的正式诞生,随后,激光技术迅猛发展。继固体激光器后,气体激光器、化学激光器、染料激光器、原子激光器、离子激光器、半导体激光器、X射线激光器和光纤激光器相继问世,应用领域也扩展到诸如电子、轻工、包装、礼品、小五金工业、医疗器械、汽车、机械制造、钢铁、冶金、石油等,为传统工业的技术改造和制造业的现代化提供先进的技术装备。激光与普通光相比有4个特性即:单色性(单一波长)、相

3、干性、方向性和高光强。激光束易于传输,其时间特性和空间特性可以分别控制,经聚焦后可得到极小的光斑,具有极高功率密度的激光光束可以熔化、气化任何材料,也可对材料的局部区域进行精密快速加工。加工过程中输入工件的热量小,热影响区和热变形小；加工效率高;易于实现自动化。激光技术是一门综合性高新技术,涉及光学、机械学、电子学等学科。同样,激光加工设备也涉及到众多学科,因而决定了它的高科技性和高收益率。纵观国际和国内激光应用情况经过多年的研究开发和完善,当代的激光器和激光加工技术与设备已相当成熟,形成了系列激

4、光加工工艺。一、激光加工技术的概述和国内外工业激光现状1.概述激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工等的一门技术。激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门，对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。1.国内外工业激光现状国外以美、德、日为代表的几个发达国家在激光加工产业领域的发展速度惊人，它们在主要的大型制造产业，如汽车、电子、机械、航空、

5、钢铁等行业中基本完成了用激光加工工艺对传统工艺的更新换代，进入“光制造”时代。激光在工业制造中所显示出的低成本、高效率以及应用的巨大潜力，成为世界主要工业国家间互相竞争的动力，纷纷将激光技术作为本国重要的尖端技术给予积极支持，加紧制定国家级激光产业发展计划。美国通过其“精密激光机械加工(PLM)协会”来激励其新工艺技术的发展，力求使美国工业激光器技术在世界上处于领先的地位，并在世界市场中获得较大的份额。德国在1994年-2002年制订了国家激光发展计划，促使德国激光器和激光工业应用后来居上，位于世

6、界领先地位。激光设备在德国汽车和机械制造中的广泛应用，使其在这些领域内的竞争能力近年来得到显著提高。并制订了德国“2002-2006光学促进计划”，将激光技术作为重中之重，认为未来所有制造加工业中有12%以上的加工工艺需要用激光技术来替代。除此之外，英国“阿维尔计划”、日本“激光研究五年计划”，甚至俄罗斯、韩国、新加坡、印度也制订有专门的激光技术发展计划。我国激光技术研究与国外同时起步，是当时与国外技术差距最小的高科技领域。在国家“六五”至“十一五”科技项目的支持下，逐步形成了以华中科技大学和中科

7、院四大光机为典型代表的研究机构，在激光器的一些核心技术研发上已形成较全面的技术成果，形成了5个国家级的激光技术研究中心。其中，激光技术国家重点实验室、激光加工国家工程研究中心、武汉光电国家实验室（筹）和最早开设激光学科的华中科技大学均坐落在武汉，成为我国激光技术的发源地。二、激光加工技术的原理和特点1、基本原理激光加工利用高功率密度的激光束照射工件,使材料熔化气化而进行穿孔、切割和焊接等的特种加工。早期的激光加工由于功率较小，大多用于打小孔和微型焊接。到20世纪70年代，随着大功率二氧化碳激光器、

8、高重复频率钇铝石榴石激光器的出现，以及对激光加工机理和工艺的深入研究，激光加工技术有了很大进展，使用范围随之扩大。数千瓦的激光加工机已用于各种材料的高速切割、深熔焊接和材料热处理等方面。各种专用的激光加工设备竞相出现，并与光电跟踪、计算机数字控制、工业机器人等技术相结合，大大提高了激光加工机的自动化水平和使用功能。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10(～10(瓦/厘米(，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