激光是20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、軍事、科學(xué)研究與日常生活中。激光具有四大特性：高的單色性、方向性、相干性和亮度性。應(yīng)用激光固有的四大特性，將具有高能量密度的，能被聚焦到微小空間的激光用于加工的方法叫激光加工。激光加工技術(shù)是一項(xiàng)集光、機(jī)電、材料及檢測于一體的先進(jìn)技術(shù)。激光加工主要涉及：激光焊接、激光切割、激光打標(biāo)、激光雕刻等．現(xiàn)在一般的激光加工都采用了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，多功能集成度高、實(shí)用性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、操作簡單、結(jié)果直觀，而且加工過程中可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)同步跟蹤顯示，具有程序錯(cuò)誤自動(dòng)診斷、限位保護(hù)等功能。 

 

激光的特點(diǎn) 

1. 定向發(fā)光 

普通光源是向四面八方發(fā)光。要讓發(fā)射的光朝一個(gè)方向傳播，需要給光源裝上一定的聚光裝置，如汽車的車前燈和探照燈都是安裝有聚光作用的反光鏡，使輻射光匯集起來向一個(gè)方向射出。激光器發(fā)射的激光，天生就是朝一個(gè)方向射出，光束的發(fā)散度極小，大約只有0.001弧度，接近平行。1962年，人類第一次使用激光照射月球，地球離月球的距離約38萬公里，但激光在月球表面的光斑不到兩公里。若以聚光效果很好，看似平行的探照燈光柱射向月球，按照其光斑直徑將覆蓋整個(gè)月球。  

2. 亮度極高 

在激光發(fā)明前，人工光源中高壓脈沖氙燈的亮度最高，與太陽的亮度不相上下，而紅寶石激光器的激光亮度，能超過氙燈的幾百億倍。因?yàn)榧す獾牧炼葮O高，所以能夠照亮遠(yuǎn)距離的物體。紅寶石激光器發(fā)射的光束在月球上產(chǎn)生的照度約為0.02勒克斯（光照度的單位），顏色鮮紅，激光光斑明顯可見。若用功率最強(qiáng)的探照燈照射月球，產(chǎn)生的照度只有約一萬億分之一勒克斯，人眼根本無法察覺。激光亮度極高的主要原因是定向發(fā)光。大量光子集中在一個(gè)極小的空間范圍內(nèi)射出，能量密度自然極高。 

3. 顏色極純

光的顏色由光的波長（或頻率）決定。一定的波長對(duì)應(yīng)一定的顏色。太陽光的波長分布范圍約在0.76微米至0.4微米之間，對(duì)應(yīng)的顏色從紅色到紫色共7種顏色，所以太陽光談不上單色性。發(fā)射單種顏色光的光源稱為單色光源，它發(fā)射的光波波長單一。比如氪燈、氦燈、氖燈、氫燈等都是單色光源，只發(fā)射某一種顏色的光。單色光源的光波波長雖然單一，但仍有一定的分布范圍。如氪燈只發(fā)射紅光，單色性很好，被譽(yù)為單色性之冠，波長分布的范圍仍有0.00001納米，因此氪燈發(fā)出的紅光，若仔細(xì)辨認(rèn)仍包含有幾十種紅色。由此可見，光輻射的波長分布區(qū)間越窄，單色性越好。  

激光加工技術(shù)的主要應(yīng)用 

激光加工是激光應(yīng)用最有發(fā)展前途的領(lǐng)域，現(xiàn)在已開發(fā)出多種激光加工技術(shù)。激光加工有以下特點(diǎn)：

1）激光加工屬無接觸加工，激光加工是通過激光光束進(jìn)行加工，與被加工工件不直接接觸，降低了機(jī)械加工慣性和機(jī)械變形，方便了加工。同時(shí)，還可加工常規(guī)機(jī)械加工不能或很難實(shí)現(xiàn)的加工工藝，如內(nèi)雕、集成電路打微孔、硅片的刻劃等。

2）加工質(zhì)量好，加工精度高，加工效率高，由于激光能量密度高可瞬時(shí)完成加工，與傳統(tǒng)機(jī)械加工相比，工件熱變形小、無機(jī)械變形，使得加工質(zhì)量顯著提高；激光可通過光學(xué)聚焦鏡聚焦，激光加工光斑非常小，加工精度很高，加工效率高，激光切割可比常規(guī)機(jī)械切割提高加工效率幾十倍甚至上百倍；激光打孔特別是微孔可比常規(guī)機(jī)械打孔提高效率幾十倍至上千倍；激光焊接比常規(guī)焊接提高效率幾十倍；激光調(diào)阻可提高效率上千倍，且精度亦顯著提高。

3）材料利用率高、經(jīng)濟(jì)效益高，激光加工與其他加工技術(shù)相比可節(jié)省材料10～30?可直接節(jié)省材料成本費(fèi)，且激光加工設(shè)備操作維護(hù)成本低，對(duì)加工費(fèi)用降低提供了先決條件。激光加工具有優(yōu)越的加工性能，使得激光加工技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。激光的空間控制性和時(shí)間控制性很好，對(duì)加工對(duì)象的材質(zhì)、形狀、尺寸和加工環(huán)境的自由度都很大，特別適用于自動(dòng)化加工。激光加工系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)相結(jié)合可構(gòu)成高效自動(dòng)化加工設(shè)備，已經(jīng)成為企業(yè)實(shí)行適時(shí)生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，為優(yōu)質(zhì)、高效和低成本的加工生產(chǎn)開辟了廣闊的前景。目前已成熟的激光加工技術(shù)包括：激光切割技術(shù)、激光焊接技術(shù)、激光打標(biāo)技術(shù)、激光快速成形技術(shù)、激光打孔技術(shù)、激光去重平衡技術(shù)、激光蝕刻技術(shù)、激光微調(diào)技術(shù)、激光存儲(chǔ)技術(shù)、激光劃線技術(shù)、激光清洗技術(shù)、激光熱處理和表面處理技術(shù)等。

本文簡單介紹幾種常見激光加工技術(shù)：

1. 激光打孔

激光打孔技術(shù)具有精度高、通用性強(qiáng)、效率高、成木低和綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代制造領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，激光打孔在微細(xì)孔加工中的應(yīng)用，解決了一些傳統(tǒng)機(jī)械加工不能解決的難題，為微孔加工提供了先進(jìn)的加工手段[8]。目前，工業(yè)發(fā)達(dá)國家已將激光深微孔技術(shù)大規(guī)模地應(yīng)用到航空航天、汽車制造、電子儀表、化工等行業(yè)。

國內(nèi)目前比較成熟的激光打孔的應(yīng)用是在人造金剛石和天然金剛石拉扮模的生產(chǎn)及鐘表和儀表的寶石軸承、吃機(jī)葉片、多層印刷線路板等行業(yè)的生產(chǎn)中激光打孔的有點(diǎn)：

1）激光打孔速度快，效率高，經(jīng)濟(jì)效益好；

2)激光打孔可獲得大的深徑比；

3)激光打孔可在硬、脆，軟等各類材料上進(jìn)行； 

4)激光打孔無工具損耗；

5)激光可在難加工材料傾斜面上加工小孔；

6)激光打孔適合于數(shù)量多、高密度的群孔加工。

另外，由于激光打孔過程與工件不接觸，因此加工出來的工件清潔，沒污染。因?yàn)檫@種打孔是一種蒸發(fā)型的、非接觸的加工過程，它消除了常規(guī)熱絲穿孔和機(jī)械穿孔帶來的殘?jiān)蚨中l(wèi)生。而且激光加工時(shí)間短，對(duì)被加工的材料氧化、變形、熱影響區(qū)域均較小，不需要特殊保護(hù)。激光不僅能對(duì)置于空氣中的工件打孔，而且也能對(duì)置于真空中或其它條件下的工件進(jìn)行打孔。目前，激光打孔朝著多樣化、高速度、孔徑更微小的方向發(fā)展。

2. 激光快速成型 

傳統(tǒng)的工業(yè)成型技術(shù)大部分是遵循“去除法”的，如車削、銑削、鉆削、磨削、刨削；另外一些是采用模具進(jìn)行成形，如鑄造、沖壓。激光快速成形技術(shù)集成了激光技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)和材料技術(shù)的最新成果，根據(jù)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出的零件的模型立體圖，直接制造出模型，它制造模型的辦法是在一層接一層的基礎(chǔ)上不斷添加材料。

激光快速成型法有，液態(tài)光敏聚合物選擇性固化、薄型材料選擇性切割、扮狀材料選擇性熔復(fù)、粉末材料選擇性燒結(jié)。激光快速成型技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用最為廣泛，可以用快速成型件直接用作模具；用快速成型件作母模，翻制軟模具；用快速成件翻制硬模具。

用快速成技術(shù)制作模具，既避開了復(fù)雜的機(jī)械切削加工，又可以保證模具的精度，還可以大大縮知制模時(shí)間、節(jié)省制模費(fèi)用，對(duì)于形狀復(fù)雜的精度模具，其優(yōu)點(diǎn)尤為突出。該技術(shù)已在航空航天、電子、汽車、家電等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，目前還存在著模具壽命相對(duì)較知的缺點(diǎn)，即使是金屬面、硬背襯模具，其使用壽命也不及真止的金屬模，所以快速成模具較適合于單件小批量生產(chǎn)。 

3. 激光打標(biāo) 

激光標(biāo)記機(jī)的市場是近幾年發(fā)展最快的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)。激光標(biāo)記是利用高能量密度的激光對(duì)工件進(jìn)行局部照射，使表層材料汽化或發(fā)生顏色變化的化學(xué)應(yīng)，從而留下永久

性標(biāo)記的一種技術(shù)。激光標(biāo)記有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，能標(biāo)記各種字符、圖案、數(shù)字以及條形碼，標(biāo)記線寬可小于0.01mm，可深可淺，對(duì)很小零件也可打標(biāo)，這是其他標(biāo)記力一法不能實(shí)現(xiàn)的；激光打的標(biāo)記屬永久性，不像噴墨打印的字可擦掉；可作防偽標(biāo)記，不易被人假冒；屬不接觸加工，所以對(duì)零件表面沒有損傷；標(biāo)記的字符清晰，質(zhì)量好；效率很高，成木低，可對(duì)多種材料進(jìn)行標(biāo)記；由計(jì)算機(jī)操作易于更換標(biāo)記內(nèi)容，也可以一個(gè)零件一個(gè)標(biāo)記；由于有以上多種特點(diǎn)，所以應(yīng)用越來越廣泛，特別是多種電子器件、集成電路模塊、汽車零件甚至汽車窗玻璃、導(dǎo)線、接插件、工具、醫(yī)療器械、精密儀器儀表、線路板、橡膠制品、計(jì)算機(jī)鍵盤、手機(jī)面板、精美禮品、玻璃制品等等。 

4. 激光切割 

激光切割是利用激光束的高功率密度的性質(zhì)。激光束聚焦很小的光點(diǎn)，擁有巨大的能量，可將材料快速加熱，使其達(dá)到沸點(diǎn)后開始汽化，形成了空洞，再使光束與材料相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在材料表面形成切縫激光切割技術(shù)可廣泛應(yīng)用于金屬和非金屬材料的加工中，可大大減少加工時(shí)間，降低加工成本，提高工件質(zhì)量。脈沖激光適用于金屬材料，連續(xù)激光適用于非金屬材料，后者是激光切割技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。目前，激光切割主要應(yīng)用在航空航天工業(yè)和汽車制造業(yè)中，如飛機(jī)框架、尾翼壁板、飛機(jī)主旋翼、汽車車架等切割。激光切割的主要特性：1）激光切割的切縫窄，工件變形??；2）激光切割是一種高能量、密度可控性好的無接觸加工；3）激光切割具有廣泛的適應(yīng)性和靈活性。

5. 激光焊接 

激光焊接是把激光聚焦成很細(xì)的高能量密度光束照射到工件上，使工件受熱熔化，然后冷卻使工件得到焊接。激光焊結(jié)熔深大，速度快，效率高。激光焊燒區(qū)窄，熱影響區(qū)很小，工件變形也很小，同時(shí)，焊縫小，可實(shí)現(xiàn)精密焊接.焊接結(jié)構(gòu)均勻，品粒很小，氣孔少，夾雜缺陷少，在機(jī)械性能、抗蝕性能和電磁學(xué)性能上優(yōu)于常規(guī)焊接方法。

目前，激光深熔焊接在粉末冶金材料加工領(lǐng)域中的應(yīng)用相拔夾攏名。激光焊接能量密度高，對(duì)高熔點(diǎn)、高導(dǎo)熱率和物理特性相差很大的金屬焊接特別有利。目前，汽車行業(yè)將不同材質(zhì)的薄鋼板實(shí)施激光拼接焊后沖壓成型，激光拼接焊取代了電焊。同時(shí)，通過光纖傳輸?shù)亩嗦芳す馐M(jìn)行多點(diǎn)或多組件焊接越來越普及。

在遠(yuǎn)離裝配區(qū)的位置裝置一臺(tái)中心激光器(YAG)，激光器產(chǎn)生的光束經(jīng)由一根柔性的激光光纜傳送至需要加工的地點(diǎn)由工人操作進(jìn)行焊接，從而最大限度的利用YAG系統(tǒng)的焊接效果。由于YAG激光器可利用光纖傳輸能量進(jìn)行遠(yuǎn)距的焊接，將大大促進(jìn)高功率YAG激光焊的發(fā)展[7]?？傊?，激光焊接有如下優(yōu)勢：高強(qiáng)度，超長壽命；高焊接速度，效率高；搭接接口工藝簡單，廢品率低；低定位精度適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，主要應(yīng)用于軍工企業(yè)、食品工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、石化工業(yè)。 

6. 激光熱處理 

激光熱處理是利用高功率密度的激光束對(duì)金屬進(jìn)行表面處理的方法。如當(dāng)把金屬表面加熱到僅低于熔點(diǎn)的臨界轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，其表面迅速奧氏體化，然后急速自冷淬火，金屬表面迅速被強(qiáng)化，即激光相變硬化(激光淬火)[9]。激光表面熱處理技術(shù)包括激光相變硬化技術(shù)、激光涂覆技米、激光合金化技術(shù)、激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)等，這些技術(shù)對(duì)改變材料的機(jī)械性能、耐熱性和耐腐蝕性等有重要作用。

經(jīng)激光處理后，鑄鐵表面硬度可以達(dá)到 HRC60度以上。中碳及高碳的碳鋼，表面硬度可達(dá)HRC70度以上，從而提高了材料的抗磨性、抗疲勞、抗氧化、耐腐蝕等性能同，延長其使用壽命。激光熱處理技術(shù)與其它熱處理如高頻淬火，滲碳，滲氮等傳統(tǒng)工藝相比，具有以下特點(diǎn)：

1) 無需使用外加材料，僅改變被處理材料表面的組織結(jié)構(gòu)。處理后的改性層具有足夠的厚度，可根據(jù)需要調(diào)整深淺一般可達(dá)0.1-0.8mm。

2) 處理層和墓體結(jié)合強(qiáng)度高。激光表面處理的改性層和基體材料之間是致密的冶金結(jié)合，而且處理層表面是致密的冶金組織，具有較高的硬度和耐磨性。

3) 被處理件變形極小。由于激光功率密度高，與零件的作用時(shí)間極短，故零件的熱變形區(qū)和整體變化都很小。故適合于高精度零件處理。作為材料和零件的最后處理工序等。

4) 加工柔性好，適用面廣。利用靈活的導(dǎo)光系統(tǒng)可隨意將激光導(dǎo)向處理部分，從而可方便地處理深孔、內(nèi)孔、盲孔和凹槽等，也可進(jìn)行選擇性的局部處理等[11]。由于激光熱處理有相當(dāng)明顯的優(yōu)點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)金屬熱處理不能解決或不容易解決的技術(shù)難題，在國內(nèi)外受到高度重視，激光熱處理得到迅速的發(fā)展。激光熱處理技術(shù)在汽車工業(yè)中應(yīng)用廣泛，如缸套、曲軸、活塞環(huán)、換向器、齒輪等零部件的熱處理，同時(shí)在航空航天、機(jī)床行業(yè)和其它機(jī)械行業(yè)也應(yīng)用廣泛。 

激光加工的發(fā)展趨勢 

1. 數(shù)控化和多功能化 

把激光器與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、先進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)以及高精度和自動(dòng)化的工件定位相結(jié)合，形成研制和生產(chǎn)加工中心，并把多種加工功能基于一臺(tái)機(jī)床上，如國內(nèi)生產(chǎn)的JHM-IGY-400/SOOB多功能激光加工機(jī)。整機(jī)由激光器、激光電源、光學(xué)系統(tǒng)、二/四軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)、CNC控制系統(tǒng)、CCD監(jiān)控系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、光纖傳輸系統(tǒng)、He-Ne激光指示系統(tǒng)和密閉氣室裝置等組成，具有焊接、切割、打孔和簡單標(biāo)記等多種功能，己成為激光加工發(fā)展的一個(gè)重要趨勢。

2. 高頻度和高可靠性 

日前，國外YAG激光器的重復(fù)頻度己達(dá)2000次/秒，二極管陣列泵浦的Nd：  YAG激光器的平均維修時(shí)間己從原來的幾百小時(shí)提高到1-2萬小時(shí)。國內(nèi)雖然達(dá)不到這種水平，但也朝著這一方向努力。 4.3 小型化和集成化 

能夠進(jìn)行幾種工藝研制和生產(chǎn)加工的激光加工系統(tǒng)，已成為激光加工的另一發(fā)展趨勢。國外已把激光切割和模具沖壓兩種加工方法組合在一臺(tái)機(jī)床上，制成激光沖床，它兼有激光切割的多功能性和沖壓加工的高速高效的特點(diǎn)，可完成切割復(fù)雜外形、打孔、打標(biāo)、劃線等加工。 

我國激光加工業(yè)起步晚，底子薄，技術(shù)不能與德、美、日等發(fā)達(dá)國家的同日而語，尤其是激光制造系統(tǒng)的光源更是落后，先進(jìn)的薄片式固體激光器都是外國生產(chǎn)，我國想組裝一臺(tái)先進(jìn)的激光機(jī)床就得進(jìn)口激光器，這樣我國的激光產(chǎn)業(yè)就會(huì)永遠(yuǎn)落后于人。激光的產(chǎn)生、傳輸和控制是激光技術(shù)發(fā)展的前提，只有制造出高功率、高光束質(zhì)量的激光制造系統(tǒng)，并目把研究與實(shí)際加工相結(jié)合，我國的激光技術(shù)才能得以發(fā)展。 

結(jié)語 

我國是一個(gè)制造大國，制造業(yè)尤其是機(jī)械制造是關(guān)乎國計(jì)民生的關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)，隨著激光技術(shù)的快速發(fā)展，激光加工技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，越來越重要，影響越來越大。激光快速找止、激光測量、激光成形加工、焊接、切割、標(biāo)記以及熱處理等激光技術(shù)在先進(jìn)制造業(yè)中的應(yīng)用，必將引起機(jī)械制造業(yè)各個(gè)領(lǐng)域的全面改觀。 

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