激光雕刻加工是激光系統(tǒng)最常用的應(yīng)用。根據(jù)激光束與材料相互作用的機(jī)理，大體可將激光加工分為激光熱加工和光化學(xué)反應(yīng)加工兩類。激光熱加工是指利用激光束投射到材料表面產(chǎn)生的熱效應(yīng)來(lái)完成加工過(guò)程，包括激光焊接、激光雕刻切割、表面改性、激光鐳射打標(biāo)、激光鉆孔和微加工等；光化學(xué)反應(yīng)加工是指激光束照射到物體，借助高密度激光高能光子引發(fā)或控制光化學(xué)反應(yīng)的加工過(guò)程。包括光化學(xué)沉積、立體光刻、激光雕刻刻蝕等。

激光加工是利用光的能量經(jīng)過(guò)透鏡聚焦后在焦點(diǎn)上達(dá)到很高的能量密度，靠光熱效應(yīng)來(lái)加工的。 激光加工不需要工具、加工速度快、表面變形小，可加工各種材料。用激光束對(duì)材料進(jìn)行各種加工，如打孔、切割、劃片、焊接、熱處理等。 某些具有亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的物質(zhì)，在外來(lái)光子的激發(fā)下會(huì)吸收光能，使處于高能級(jí)原子的數(shù)目大于低能級(jí)原子的數(shù)目——粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，若有一束光照射，光子的能量等于這兩個(gè)能相對(duì)應(yīng)的差，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生受激輻射，輸出大量的光能。

激光加工與其他加工技術(shù)相比有其獨(dú)特的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，它的主要特點(diǎn)有：?

1、非接觸加工。激光屬于無(wú)接觸加工，切割不用刀具，切邊無(wú)機(jī)械應(yīng)力，也無(wú)刀具磨損和替換、拆裝問(wèn)題，為此可縮短加工時(shí)間；焊接無(wú)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106～1012W/cm2高功率密度，可以進(jìn)行高速焊接和高速切割。利用光的無(wú)慣性，在高速焊接或切割中可急停和快速啟動(dòng)。?

2、對(duì)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(shí)的移動(dòng)速度很快，其熱影響的區(qū)域很小，對(duì)非照射的部位幾乎沒(méi)有影響。在實(shí)際熱處理、切割、焊接過(guò)程中，加工工件基本沒(méi)有變形。正是激光加工的這一特點(diǎn)，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(guò)調(diào)節(jié)外光路系統(tǒng)改變光束的方向，與數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人進(jìn)行連接，構(gòu)成各種加工系統(tǒng)，可對(duì)復(fù)雜工件進(jìn)行加工。激光加工不受電磁干擾，可以在大氣環(huán)境中進(jìn)行加工。?

4、可以進(jìn)行微區(qū)加工。激光束不僅可以聚焦，而且可以聚焦到波長(zhǎng)級(jí)光斑，使用這樣小的高能量光斑可以進(jìn)行微區(qū)加工。?

5、可以透過(guò)透明介質(zhì)對(duì)密封容器內(nèi)的工件進(jìn)行加工。?

6、加工高硬度、高脆性、高熔點(diǎn)的金屬及非金屬材料。

焊接機(jī)器人激光加工的原理

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(duì)材料（包括金屬與非金屬）進(jìn)行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工等的一門技術(shù)。激光加工作為先進(jìn)制造技術(shù)已廣泛應(yīng)用于汽車、電子、電器、航空、冶金、機(jī)械制造等工業(yè)領(lǐng)域，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率、自動(dòng)化、無(wú)污染、減少材料消耗等起到越來(lái)越重要的作用。

焊接機(jī)器人激光加工

焊接機(jī)器人激光加工是以聚焦的激光束作為熱源轟擊工件，對(duì)金屬或非金屬工件進(jìn)行熔化形成小孔、切口、連接、熔覆等的加工方法。激光加工實(shí)質(zhì)上是激光與非透明物質(zhì)相互作用的過(guò)程，微觀上是一個(gè)量子過(guò)程，宏觀上則表現(xiàn)為反射、吸收、加熱、熔化、氣化等現(xiàn)象。

在不同功率密度的激光束照下，材料表面區(qū)域發(fā)生各種不同的變化，這些變化包括表面溫度升高、熔化、氣化、形成小孔以及產(chǎn)生光致等離子體等。

1激光功率密度小于數(shù)量級(jí)

當(dāng)激光功率密度小于數(shù)量級(jí)時(shí)，金屬吸收激光能量只引起材料表層溫度升高，但維持固相不變，主要用于零件的表面熱處理、相變硬化處理或釬焊等。當(dāng)激光功率密度在數(shù)量級(jí)范圍時(shí)，產(chǎn)生熱傳導(dǎo)型加熱，材料表層將發(fā)生熔化，主要用于金屬的表面重熔、合金化、熔覆和熱傳導(dǎo)型焊接（如薄板高速焊及精密點(diǎn)焊等）。

2激光功率密度達(dá)到數(shù)量級(jí)

當(dāng)激光功率密度達(dá)到數(shù)量級(jí)時(shí)，材料表面在激光束的照射下，激光熱源中心加熱溫度達(dá)到金屬的沸點(diǎn)，形成等離子蒸汽而強(qiáng)烈氣化，在氣化膨脹壓力作用下，液態(tài)表面向下凹陷形成深熔小孔；與此同時(shí)，金屬蒸汽在激光束的作用下電離產(chǎn)生光致等離子體。這一階段主要用于激光束深熔焊接、切割和打孔等。

3激光束功率密度大于數(shù)量級(jí)

當(dāng)激光束功率密度大于數(shù)量級(jí)時(shí)，光致等離子體將逆著激光束的入射方向傳播，形成等離子體云團(tuán)，出現(xiàn)等離子體對(duì)激光的屏蔽現(xiàn)象，這一階段只適用于采用脈沖激光進(jìn)行打孔、沖擊硬化等加工。

激光技工利用高功率密度的激光束照射工件，使材料熔化氣化而進(jìn)行穿孔、切割和焊接等特種加工。早期的激光加工由于功率小，大多用于打小孔和微型焊接。到20世紀(jì)70年代，隨著大功率二氧化碳激光器、高重復(fù)頻釔鋁石榴石激光器的出現(xiàn)，以及對(duì)激光加工機(jī)理和工藝的深入研究，激光加工技術(shù)有了很大進(jìn)展，適用范圍隨之?dāng)U大。數(shù)千瓦的激光加工設(shè)備競(jìng)相出現(xiàn)，并與光電跟蹤、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制、工業(yè)焊接機(jī)器人等技術(shù)相結(jié)合，大大提高了激光加工的自動(dòng)化水平和使用功能。

激光加工裝備由四大部分組成，分別是激光器、光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、控制及檢測(cè)系統(tǒng)。從激光器輸出的高強(qiáng)度激光束經(jīng)過(guò)透鏡聚焦到工件上，其焦點(diǎn)處的功率密度可達(dá)溫度高達(dá)1萬(wàn)攝氏度以上，任何材料都會(huì)瞬時(shí)熔化、氣化。激光加工就是利用這種光能的熱效應(yīng)對(duì)材料進(jìn)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YAG固體激光器和二氧化碳?xì)怏w激光器。由于二氧化碳激光器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出功率范圍大和能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛用于材料的激光加工。