激光加工技术的原理及应用.pdf

-

激光加工技术

摘要

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、打孔及微加工等的一种加工新技术，涉及到光、

机、电、材料及检测等多门学科。由于激光加工热影响区域小，光束方向性好，

几乎可以加工任何材料。常用来进行选择性加工，精密加工。由于激光加工的特

殊特点，其发展前景广阔，目前已广泛应用于激光焊接、激光切割、表面改性、

激光打标、切削加工，快速成形，激光钻孔和基板划片，半导体处理等。

关键词：原理、应用﹑新技术、精密加工、

引言

激光是本世纪的重大发明之一，具有巨大的技术潜力。专家们认为，现在是

电子技术的全胜时期，其主角是计算机，下一代将是光技术时代，其主角是激光。

激光因具有单色性、相干性和平行性三大特点，特别适用于材料加工。激光加工

是激光应用最有发展前途的领域，国外已开发出20多种激光加工技术。激光的

空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自

由度都很大，特别适用于自动化加工。激光加工系统与计算机数控技术相结合可

构成高效自动化加工设备，已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效

和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。

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。

正文

1﹑激光加工技术的原理及其特点

1．1激光加工的起源

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、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。

1.2激光加工的原理

激光加工是以激光为热源对工件进行热加工。

激光加工是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。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，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。

.-

-

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107～1012瓦／厘米2，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的热效应对材料进行焊接、打孔和切割等加工

的。通常用于加工的激光器主要是固体激光器（图1）和气体激光器（图2）。使

用二氧化碳气体激光器切割时，一般在光束出口处装有喷嘴，用于喷吹氧、氮等

辅助气体，以提高切割速度和切口质量。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，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。

.-