激光加工技術(shù)與應(yīng)用

1、激光加工技術(shù)及應(yīng)用摘要：隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展以及社會(huì)的需求，對(duì)于工業(yè)上的要求在不斷的 改變中，給特種加工技術(shù)難得的發(fā)展契機(jī)。激光加工是激光應(yīng)用最有發(fā)展前途的 領(lǐng)域，目前已開(kāi)發(fā)出20多種激光加工技術(shù)。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(kāi)辟了廣闊的前景。關(guān)鍵字：激光，技術(shù)，自動(dòng)化，工藝一、激光加工技術(shù)的種類及應(yīng)用目前已成熟的激光加工技術(shù)包括：激光快速成形技術(shù)、激光焊接技術(shù)、激光 打孔技術(shù)、激光切割技術(shù)、激光打標(biāo)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)

2、、激光熱處理和表 面處理技術(shù)。激光焊接技術(shù)具有溶池凈化效應(yīng)，能純凈焊縫金屬，適用于相同和不同金屬 材料間的焊接。激光焊接能量密度高，對(duì)高熔點(diǎn)、高反射率、高導(dǎo)熱率和物理特 性相差很大的金屬焊接特別有利。激光制孔的最小孔徑已達(dá)0.002mm，已成功地應(yīng)用自動(dòng)化六坐標(biāo)激光制孔專 用設(shè)備加工航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片、燃燒室氣膜孔，達(dá)到無(wú)再鑄層、無(wú)微裂紋的效 果。激光打孔技術(shù)具有精度高、通用性強(qiáng)、效率高、成本低和綜合技術(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。激光切割適用于由耐熱合金、鈦合金、復(fù)合材料制成的零件。目前薄材切割 速度可達(dá)15m/min，切縫窄，一般在0.11mm之間，熱影響區(qū)只有

3、切縫寬的10% 20%，最大切割厚度可達(dá)45mm，已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)三維蒙皮、框架、艦船船身板 架、直升機(jī)旋翼、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室等。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。激光打標(biāo)技術(shù)是激光加工最大的應(yīng)用領(lǐng)域之一。激光打標(biāo)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)反應(yīng)，從而 留下永久性標(biāo)記的一種打標(biāo)方法。激光打標(biāo)可以打出各種文字、符號(hào)和圖案等， 字符大小可以從毫米量到微米量級(jí)，這對(duì)產(chǎn)品的防偽有特殊的意義。準(zhǔn)分子激光 打

4、標(biāo)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，特別適用于金屬打標(biāo)，可實(shí)現(xiàn)亞微米打標(biāo)， 已廣泛用于微電子工業(yè)和生物工程。激光微調(diào)技術(shù)可對(duì)指定電阻進(jìn)行自動(dòng)精密微調(diào)，精度可達(dá)0.01%0.002%， 比傳統(tǒng)加工方法的精度和效率高、成本低。激光微調(diào)包括薄膜電阻（0.010.6 微米厚）與厚膜電阻（2050微米厚）的微調(diào)、電容的微調(diào)和混合集成電路的微 調(diào)。激光存儲(chǔ)技術(shù)是利用激光來(lái)記錄視頻、音頻、文字資料及計(jì)算機(jī)信息的一種技術(shù)， 是信息化時(shí)代的支撐技術(shù)之一。激光劃線技術(shù)是生產(chǎn)集成電路的關(guān)鍵技術(shù)，其劃線細(xì)、精度高（線寬為15 25微米，槽深為5200微米），加工速度快（可達(dá)200毫米/秒），成品率可達(dá)99.5% 以上。激

5、光清洗技術(shù)的采用可大大減少加工器件的微粒污染，提高精密器件的成品率。激光熱、表處理技術(shù)包括：激光相變硬化技術(shù)、激光包覆技術(shù)、激光表面合 金化技術(shù)、激光退火技術(shù)、激光沖擊硬化技術(shù)、激光強(qiáng)化電鍍技術(shù)、激光上釉技 術(shù)，這些技術(shù)對(duì)改變材料的機(jī)械激光退火技術(shù)是半導(dǎo)體加工的一種新工藝，效果比常規(guī)熱退火好得多。激光 退火后，雜質(zhì)的替位率可達(dá)到98%99%,可使多晶硅的電阻率降到普通加熱退 火的1/21/3,還可大大提高集成電路的集成度，使電路元件間的間隔縮小到 0.5微米。二、激光加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1泛采用自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)控化。充分利用計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)對(duì)特種 加工設(shè)備的控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，建立

6、綜合參數(shù)自適應(yīng)控制裝置和數(shù)據(jù) 庫(kù)等，進(jìn)而建立特種戛的CAD/CAM和FMS系統(tǒng)，這是當(dāng)前特種加工技術(shù)的主要發(fā) 展趨勢(shì)。2應(yīng)用復(fù)合工藝和新工藝方法?，F(xiàn)代高性能航空器的發(fā)展新型結(jié)構(gòu)材料和高 精密復(fù)雜結(jié)構(gòu)的大量采用，進(jìn)一步加劇了結(jié)構(gòu)工藝性的惡化，單一的特種加工方 法難以達(dá)到高精度、高質(zhì)量、高效率和低成本綜合技術(shù)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要求，因而進(jìn) 一步加速開(kāi)發(fā)和應(yīng)用新型特種加工技術(shù)和由多種能源組成的復(fù)合工藝。目前由二 種能源復(fù)合的特種加工技術(shù)，如電解電火花加工(ECDM)、電解電弧加工(ECAM)、 電火花機(jī)械復(fù)合加工、機(jī)械超聲波復(fù)合加工等復(fù)合工藝已成為國(guó)外國(guó)防工業(yè)和機(jī) 械工業(yè)著力發(fā)展的特種加工技術(shù)。由于復(fù)合工藝

7、可以揚(yáng)長(zhǎng)避短，經(jīng)濟(jì)高效，可 取得明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，因此受到先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的工業(yè)部門的普遍關(guān)注。3力開(kāi)展精密化研究。高技術(shù)的發(fā)展促使高技術(shù)產(chǎn)品在向小型化和精密化方 向發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品零件的精度和表面粗糙度提出更高更嚴(yán)格的要求。如飛機(jī)慣性儀 表中關(guān)鍵零件的制造要求達(dá)到微米級(jí)以上。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，超精密加工技 術(shù)有了很大的發(fā)展，正從亞微米級(jí)向毫微米(10-9m)和納米級(jí)(10-15m)發(fā)展。為 適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)的需要，以高能束流加工技術(shù)為代表的先進(jìn)特種加工技術(shù)的精 密化研究引起工業(yè)界的高度重視。因此大力發(fā)展超精加工的特種加工技術(shù)是今后 相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)的重要發(fā)展方向國(guó)內(nèi)70年代初已開(kāi)始進(jìn)行激光加工的應(yīng)

8、用研 究，4重點(diǎn)開(kāi)展無(wú)缺陷氣膜小孔的激光加工及實(shí)時(shí)檢控技術(shù)、高強(qiáng)鋁(含鋁鋰、 鋁鎂)合金的激光焊接技術(shù)、金屬零件的激光粉末燒結(jié)快速成型技術(shù)、激光精密 加工及重要構(gòu)件的激光沖擊強(qiáng)化等項(xiàng)目的研究。實(shí)現(xiàn)高溫渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣膜孔無(wú)缺 陷加工，可使葉片使用壽命達(dá)2000小時(shí)以上；以焊代替數(shù)控加工飛機(jī)次承力構(gòu) 件，以及帶筋壁板的以焊代鉚；實(shí)現(xiàn)重要零部件的表面強(qiáng)化，提高安全性、可靠 性等，從而使先進(jìn)的激光制造技術(shù)在軍事工業(yè)中發(fā)揮更大的作用。綜上所述，特種加工技術(shù)的地位越來(lái)越重要，已成為現(xiàn)代制造技術(shù)不可分割 的重要組成部分。因此，其發(fā)展和完善對(duì)整個(gè)快速制造體系的形成起著關(guān)鍵性的 作用。但由于長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)這一領(lǐng)域的研究過(guò)于分散，缺乏系統(tǒng)性，使得現(xiàn)有的很 多種特種加工方法遠(yuǎn)不能適應(yīng)制造過(guò)程信息化的要求，很難納入到快速制造系統(tǒng) 中。因此，有必要深入研究那些新型的特種加工工藝方法，探索高精度、高效率 復(fù)合及組合工藝技術(shù)，并選擇應(yīng)用廣泛和具有代表性的特種加工方法，開(kāi)展面向 快速制造的特種加工技術(shù)的研究。參考文獻(xiàn)【1】張遼遠(yuǎn)，現(xiàn)代加工技術(shù)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008-7【2】宋威廉，現(xiàn)代激光技術(shù)的發(fā)展。北疆高等教育出版社，2007-3【3】醒