激光加工基本原理

1、1激光加工基本原理（分享）4.1.1激光加工的特點與分類4.1.1.1激光加工的特點激光（LASER）是英語“LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation”的字頭縮寫，意思為“通過受激輻射實現(xiàn)光放大”。激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對材料進行切割、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、機電、材料及檢測等多門學(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)相比有其獨特的特點和優(yōu)勢，它的主要特點有：1、非接觸加工。激光屬于無接觸加工，切割不用刀具，切邊無機械應(yīng)力，也無刀具磨損和替換、拆裝問題，為此可縮短加工時間；焊接無需電極和填充材料，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，可以進行高速焊接和高速切割。利用光的無慣性，在高速焊接或切割中可急停和快速啟動。

3、2、對加工材料熱影響區(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，但加工時的移動速度很快，其熱影響的區(qū)域很小，對非照射的部位幾乎沒有影響。在實際熱處理、切割、焊接過程中，加工工件基本沒有變形。正是激光加工的這一特點，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。并且通過調(diào)節(jié)外光路系統(tǒng)改變光束的方向，

4、與數(shù)控機床、機器人進行連接，構(gòu)成各種加工系統(tǒng)，可對復(fù)雜工件進行加工。激光加工不受電磁干擾，可以在大氣環(huán)境中進行加工。4、可以進行微區(qū)加工。激光束不僅可以聚焦，而且可以聚焦到波長級光斑，使用這樣小的高能量光斑可以進行微區(qū)加工。5、可以透過透明介質(zhì)對密封容器內(nèi)的工件進行加工。6、加工高硬度、高脆性、高熔點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、激光材料增長加工激光材料增長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激光工作物質(zhì)進行激勵，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)兩邊的兩個反射鏡組成，其中之一是全反射鏡，另一個作為輸出鏡用，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，對幾種主要激光器進行介紹。4.1.3.1固體激光器固體激光器以其獨特的優(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)點是：1）輸出光波波長較短。紅寶石激光器輸出波長為694.3nm；Nd：YAG及釹玻璃激光器的輸出波長為1.06?m，比CO2激光器低一個數(shù)量級。并且固體激光器的輸

8、出波長多在可見光區(qū)段或近紅外光區(qū)段，很容易用某些晶體倍頻，獲得可見光甚至紫外光波段光波。對于大多數(shù)材料，激光波長越短，吸收系數(shù)越大，在加工工件時，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。對于波長為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。3）結(jié)構(gòu)緊湊、牢固耐用、使用維護比較方便，價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