激光加工

激光加工是利用功率密度*的激光束照射被加工部位，使材料瞬間熔化或蒸發，并在沖擊波作用下將熔融物質噴射出去，從而對工件進行穿孔、蝕刻、切割;或采用較小的能母密度，使被加工區域材料呈熔融狀態，對工件進行焊接。

1.激光加工原理

激光加工的物理基礎是激光與材料的相互作用。這是一個廣泛的概念和復雜的過程，它既包含微觀量子過程，也包含激光作用于材料時發生的宏觀現象，主要有:材料對激光的吸收、反射，能量轉換與傳遞，材料狀態及周圍氣體成分，光束作用于材料表面時的組織效應等。激光加工的一般原理是材料吸收光能并轉化為熱能使材料加熱、熔化、氣化及冷凝:，

2.激光加工設備

激光加工的基本設備包括激光器、電源、光學系統、機械系統、控制系統及安全防護系統六大部分。圖15. 5所示為激光加工設備結構框圖。

(I>激光器。.激光器是激光加工設備的核心部分，其作用是把電能轉變為光能，并產生所需的激光束。激光器按其工作物質的種類可分為:固體激光器、液體激光器、氣體激光器和半導體激光器四大類。目前，用于激光加.工的主要是二氧化碳氣體激光器和紅寶石、欽玻璃、憶鋁石榴石等固體激光器。

(2)電源。電源為激光器提供高壓電能源。根據加工工藝的要求，電源可在連續的或脈沖的狀態下運轉。

(3)光學系統。光學系統的作用是把激光束從激光器輸出窗口引導至被加工工件位置上，并在加工部位獲得所需的光斑形狀、尺寸及功率密度。光學系統由導光系統(包括折反鏡、分光鏡、光導纖維及禍合元件等)、觀察系統及改善光束性能裝置等部分組成。

(4)機械系統。機械系統主要包括床身、工作臺，它用來確定工件相對于加工系統的位置。

(5)控制系統。控制系統用以控制和協調整個激光加工機的動作、開邊激光加工機的可調工藝參數、脈沖或連續或重復頻率等運行方式的控制。特別是激光加工機的運行速度快，同時要滿足各種復雜曲面的要求，因此對數控系統的插補速度、分解速度及數據采集與處理等功能有更高的要求。

(6)安全防護系統。安全防護系統主要用來保護操作者及有關人員免受激光輻射損傷，其次是保證整個系統的安全運行。

s.激光加工的應用

激光加工作為一種精密細微的加工方法，因其單色性、方向性以及能量密度高度集中性等特點，幾乎能加工所有材料，加工速度高、熱影響區小。現已廣泛應用于陶瓷、玻璃、寶石及金剛石等非金屬材料和硬質合金、不銹鋼等金屬材料的小孔、微孔加工以及多種材料成形切割、焊接、表面處理等。

(t)激光打孔。目前，激光打小孔技術已經廣泛應用于火箭發動機和柴油機的燃料噴嘴、化學纖維噴絲頭、鐘表及儀表中的寶石軸承、金剛石拉絲模等小孔加工中。

(2)激光切割。激光切割是材料激光加工中應用泛的一種工藝。切割縫寬度可達0. 15一0. 2 mm。激光切割的厚度:金屬材料可達IO mm;非金屬材料可達20一30 mm 。

(3)激光焊接。激光焊接可以在大氣中將兩種材料或兩個工件焊接在一起.:;焊接過程迅速，熱影響區小，焊接質量好。

(4)激光雕銑。利用激光可以在金屬和非金屬材料C-.進行刻蝕加工。在刻蝕加工過程中，激光頭運動速度與顯示屏圖形變化同步，因此加工過程直觀、明了:

(5)激光表面處理:利用激光對金屬表面掃描，可以對零件表面做強化處理、表面合金化處理等。由于利用這種強化方法可以改變零部件各部分的性能，故可用比較便宜的結構材料，得到具有非常高的強度、耐磨性和長使用壽命的零部件。〕

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