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激光加工技术的应用与发展

导读: 激光加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程,包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等。

  摘要:激光加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程,包括激光焊接激光切割、表面改性、激光打标激光钻孔和微加工等。用激光束对材料进行各种加工,如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。激光能适应任何材料的加工制造,尤其在一些有特殊精度和要求、特别场合和特种材料的加工制造方面起着无可替代的作用。

  一 激光加工的原理及其特点

  1. 激光加工的原理

  激光加工是将激光束照射到工件的表面,以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。由于激光加工是无接触式加工,工具不会与工件的表面直接磨察产生阻力,所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节,因此激光加工可应用到不同层面和范围上。

  2.激光加工的特点

  激光具有的宝贵特性决定了激光在加工领域存在的优势:

  ①由于它是无接触加工,并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调,因此可以实现多种加工的目的。

  ②它可以对多种金属、非金属加工,特别是可以加工高硬度、高脆性、及高熔点的材料。

  ③激光加工过程中无"刀具"磨损,无"切削力"作用于工件。

  ④激光加工过程中,激光束能量密度高,加工速度快,并且是局部加工,对非激光照射部位没有影响或影响极小。因此,其热影响区小,工件热变形小,后续加工量小。

  ⑤它可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。

  ⑥由于激光束易于导向、聚集实现作各方向变换,极易与数控系统配合,对复杂工件进行加工,因此是一种极为灵活的加工方法。

  ⑦使用激光加工,生产效率高,质量可靠,经济效益好。例如:①美国通用电器公司采用板条激光器加工航空发动机上的异形槽,不到4H即可高质量完成,而原来采用电火花加工则需要9H以上。仅此一项,每台发动机的造价可省5万美元。②激光切割钢件工效可提高8-20倍,材料可节省15-30%,大幅度降低了生产成本,并且加工精度高,产品质量稳定可靠。虽然激光加工拥有许多优点,但不足之处也是很明显的。

  二 激光技术

  用激光束对材料进行各种加工,如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。激光加工有许多优点:①激光功率密度大,工件吸收激光后温度迅速升高而熔化或汽化,即使熔点高、硬度大和质脆的材料(如陶瓷、金刚石等)也可用激光加工;②激光头与工件不接触,不存在加工工具磨损问题;③工件不受应力,不易污染;④可以对运动的工件或密封在玻璃壳内的材料加工;⑤激光束的发散角可小于1毫弧,光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒,同时,大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至十千瓦量级,因而激光既适于精密微细加工,又适于大型材料加工;⑥激光束容易控制,易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合,实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度;⑦在恶劣环境或其他人难以接近的地方,可用机器人进行激光加工。

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