特種加工之激光加工應(yīng)用及發(fā)展前景

1、特種加工之激光加工應(yīng)用及發(fā)展前景范建華衡水英利新能源有限公司摘要：激光作為20世紀(jì)的一項(xiàng)重大發(fā)明，它的出現(xiàn)帶來(lái)技術(shù)上的變革。激光加工是激 光系統(tǒng)最為典型的應(yīng)用，具體分為熱加工和光化學(xué)反應(yīng)兩大類(lèi)，前者的應(yīng)用較 為廣泛，也是本文研究的重點(diǎn)。激光熱加工具體是指將激光束以投射的方式置于 待加工材料的表而，通過(guò)熱效應(yīng)來(lái)完成加工，激光熱加工常用的工藝方法有激 光焊、激光鉆、激光割等等。激光加工表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)界性及應(yīng)用和發(fā)展都說(shuō)明激 光加工技術(shù)的發(fā)展前景是最具競(jìng)爭(zhēng)力的。關(guān)鍵詞：激光加工技術(shù);加工原理;激光加工應(yīng)用;前景分析;作者簡(jiǎn)介：范建華(1987. 10-),男，漢，河北省張家口市，本科，助理工程師, 研

2、究方向:機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化1激光加工技術(shù)及優(yōu)點(diǎn)1. 1激光的概念處于亞穩(wěn)態(tài)的原子受到一束相應(yīng)頻率的光照射時(shí)，會(huì)激發(fā)原子從高能級(jí)回落到 低能級(jí)的“躍遷”，同時(shí)以光子的形式釋放能量，發(fā)出的光與入射光有著完全 相同的特性，它的頻率、相位、傳播方向、偏振方向都是完全一致的，相當(dāng)于把 入射光放大了，這樣的發(fā)光過(guò)程稱(chēng)為受激輻射，發(fā)岀的光稱(chēng)為激光。1. 2激光加工技術(shù)激光加工作為一項(xiàng)劃時(shí)代的技術(shù)，它的出現(xiàn)對(duì)于機(jī)械制造業(yè)而言具有重要意義， 很多以往無(wú)法完成的制造，都可以通過(guò)激光加工來(lái)完成，并且可以達(dá)到預(yù)期的 效果。按照激光的作用機(jī)理，可將激光加工細(xì)分為兩種類(lèi)型，一種是熱加工，它 的應(yīng)用范圍較廣，如焊接、切割

3、、鉆孔等等;另一種是光化學(xué)反應(yīng)加工，這是一 種控制高能光子的加工過(guò)程，較具代表性的有立體光刻、光化學(xué)沉積等等。1. 3優(yōu)越性 激光加工從岀現(xiàn)至今只有短短的數(shù)十年，但它的應(yīng)用領(lǐng)域卻越來(lái)越廣，這與之 自身所具備的諸多優(yōu)越性有著密不可分的關(guān)聯(lián)。大體上可將激光加工的優(yōu)點(diǎn)歸納 為以下幾個(gè)方面:其一，功率密度較大，當(dāng)被加工的工件吸收激光之后，隨著溫 度的急劇升高，工件表面會(huì)熔化或汽化。激光可以對(duì)很多材質(zhì)的材料進(jìn)行加工， 如熔點(diǎn)高的材料，碩度大的材料，甚至能夠?qū)|(zhì)地較為脆弱的材料進(jìn)行加工， 如陶瓷等。其二，采用激光加工技術(shù)進(jìn)行工件加工的過(guò)程中，激光頭不需要與工 件進(jìn)行直接接觸，由此解決了加工工具使用中的磨損

4、問(wèn)題，加工成木隨之降低。 其三，激光加工吋，工件處于不受外力的狀態(tài)，并口激光也不會(huì)對(duì)工件造成污 染，具有一定的環(huán)保作用。其四。激光能夠?qū)μ幱谶\(yùn)動(dòng)狀態(tài)的工件進(jìn)行加工，還 能對(duì)密封于玻璃罩內(nèi)的材料進(jìn)行加工。其五，激光束的作用時(shí)間非常短，可達(dá)到 納秒和皮秒，功率較大的激光器連續(xù)輸岀功率非常大，可達(dá)到十千瓦量級(jí)，由 此使得激光能夠進(jìn)行精密微細(xì)的加工，也能對(duì)大型材料進(jìn)行加工。其六，由于激 光束本身具有良好的可控性，從而使其能夠與精密機(jī)械和電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行結(jié)合 使用。2激光產(chǎn)生和加工原理2. 1產(chǎn)生激光木身所具備的特性使其擁有了其它加工技術(shù)所不具備的獨(dú)特性能，即無(wú)接 觸、無(wú)磨損。使用激光進(jìn)行工件加工速度較快

5、，同吋激光只會(huì)對(duì)局部進(jìn)行加工， 非激光照射區(qū)域基本不會(huì)受到太大的影響，由此使得激光加工可以達(dá)到最小的 熱變形效果。由于激光所具有的這些特性，使其成為一種非常靈活的加工方法， 這也是激光產(chǎn)生的主要原因。2. 2加工原理激光技術(shù)岀現(xiàn)后，一些專(zhuān)家學(xué)者對(duì)其加工原理進(jìn)行了深入具體的研究，得到公 認(rèn)的原理有以下兩種:一種是熱加工;另一種是冷加工，也被稱(chēng)之為光化學(xué)加工。 前者的加工原理是當(dāng)激光束直接照射到被加工物體的表面時(shí)，會(huì)引起快速的加 熱，通過(guò)熱力效應(yīng)會(huì)對(duì)物體的性質(zhì)發(fā)生一定程度的改變，有時(shí)可將物體熔解蒸 發(fā)。后者的加工原理是利用高負(fù)荷能量的光子，破壞材料或是其周?chē)橘|(zhì)內(nèi)的化 學(xué)鍵，從而使材料發(fā)生非加熱的

6、破壞。在激光加工過(guò)程中，冷加工具有較為特殊 的作用，這種特殊體現(xiàn)在不會(huì)產(chǎn)生熱損傷上，但卻會(huì)對(duì)材料的化學(xué)鍵造成冷剝 離，從而達(dá)到加工的目的。3激光的加工與應(yīng)用現(xiàn)階段，激光加工技術(shù)的應(yīng)用主要為切割、焊接及鉆孔，下面就這三個(gè)方面進(jìn)行 分析。3. 1激光切割在金屬材料和非金屬材料的加工中，切割是不可或缺的一道工序，絕大部分加 工過(guò)程都需要通過(guò)切割來(lái)完成。利用激光切割除了可以使加工時(shí)間顯著縮短之外, 還能使工件的加工質(zhì)量有所提升，有助于加工成本的降低。當(dāng)激光聚焦到某一點(diǎn) 上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生出較高的功率密度，激光切割就是利用該功率密度所產(chǎn)生的能量 完成加工的。以板材加工為例，傳統(tǒng)的加工方法切割之后，會(huì)出現(xiàn)毛邊，

7、切口的 平整度、光滑度不夠，而激光切割除了速度快之外，質(zhì)量也非常好，可隨意切割 成任何形狀。3. 2激光焊接對(duì)于激光焊接而言，其整個(gè)加工過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是熱能的傳導(dǎo)過(guò)程，激光束以輻 射的方式置于待加工的工件表面，熱量會(huì)以熱傳導(dǎo)的方式向工件的內(nèi)部擴(kuò)散， 通過(guò)對(duì)激光脈沖的寬度、功率、頻率等參數(shù)進(jìn)行控制，可使工件熔化。由于激光 焊接技術(shù)所具備的優(yōu)點(diǎn)，使其成為微小型零件焊接的首選工藝。與其它焊接技術(shù) 相比，該技術(shù)具有速度快、工件變形小、加工深度人等優(yōu)點(diǎn)，并且可以在特殊的 條件下進(jìn)行焊接作業(yè)3. 3激光鉆孔激光鉆孔能夠?qū)Ω鞣N材料進(jìn)行精密度較高的加工，它集激光切割和雕刻技術(shù)的 優(yōu)點(diǎn)于一身，通過(guò)激光鉆孔打下的標(biāo)

8、記，歷經(jīng)長(zhǎng)年累月也不會(huì)出現(xiàn)磨損的情況， 由此使得激光標(biāo)記具備了永久的防偽性能。4前景分析4.1目前，激光技術(shù)已經(jīng)被納入到我國(guó)的長(zhǎng)遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃中，并成為其中的關(guān) 鍵性技術(shù)，這是因?yàn)樵摷夹g(shù)涉及到了國(guó)家安全、國(guó)防建設(shè)等方面的內(nèi)容，必須提 升對(duì)該技術(shù)的重視程度，并在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上加大對(duì)該技術(shù)的研究力度。4.2對(duì)傳統(tǒng)的汽車(chē)焊接技術(shù)而言，激光焊接技術(shù)的出現(xiàn)給其帶來(lái)了巨大的沖擊, 新技術(shù)在生產(chǎn)屮的應(yīng)用，除了可以提升焊接質(zhì)量、加快焊接速度z外，還能使汽 車(chē)的整體制造水平得以提高，有助于汽車(chē)公司競(jìng)爭(zhēng)能力的增強(qiáng)。隨著激光焊接技 術(shù)在發(fā)展和完善，使其成為汽車(chē)工業(yè)中舉足輕重的加工方法。4.3對(duì)于再制造業(yè)而言，激光加工技術(shù)也有著不可替代的作用，它的技術(shù)優(yōu)勢(shì) 要高于其它的加工工藝和方法，現(xiàn)階段最新的技術(shù)是陶瓷涂層，由此使得激光 表而加工技術(shù)成為再制造業(yè)的重要技術(shù)手段之一。5結(jié)語(yǔ)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，各個(gè)領(lǐng)域都需要對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行不斷地改進(jìn)和完善著, 只有這樣，才能在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中站穩(wěn)腳步，激光加工技術(shù)的出