激光加工的关键技术.doc

第二章 激光加工的关键技术在以往的生产加工过程中,经常会遇到下面这样的难题: (1) 零件的形状既小又复杂,即便是用最小的刀具也无法进行理想的加工。(2) 为了加工出微型的零件,不得不用很小的铣刀、钻头等刀具,但刀具的寿命非常短,或者很容易断裂,很难保证零件的精度和一致性。(3) 使用电加工的方式来加工一些小型的复杂零件,但所需使用的电极数量太多,准备电极所需的时间大大加长了生产周期,并且生产成本很高。激光加工可以很好的解决这些加工难题。而且生产周期短，生产成本低。目前使用的激光加工工艺方法主要包括：切割、焊接、快速成型、打孔、打标、雕刻、划线、表面处理等等。这一章将主要论述激光加工及激光加工的关键技术激光加工系统和激光加工技术。第一节 激光加工一、激光加工的概念和特点激光加工是指激光束作用于物体的表面而引起物体形状的改变，或物体性能改变的加工过程。是利用激烈的局部加热融化和气化材料产生“自由电子的迅速释放，然后与金属的离子结构相互作用引起局部激烈声振子和声子”，结果产生了具有宽顶带辐射的“羽状烟柱”强烈的热效应。按光与物质相互作用机理，大体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。激光热加工系指激光束作用于物体所引起的快速热效应的各种加工过程；激光光化学反应加工系指激光束作用于物体，借助高密度高能量光子引发或控制光化学反应的各种加工过程，也称为冷加工。热加工和冷加工均可对金属材料和非金属材料进行切割、打孔、刻槽、标记等。热加工对金属材料进行焊接、表面强化、切割均极有利；冷加工则对光化学沉积、激光刻蚀、掺杂和氧化很合适。激光热加工的光源主要采用红外激光器，如CO2激光器、CO激光器和Nd：YAG激光器。激光光化学反应加工的光源主要采用紫外激光器，如准分子激光器。激光加工与其它方法比较，有如下的一些优越性；1光点小、能量集中、加工点位置以外的热影响小；由于光束照射到物体的表面是局部的，虽然加工部位的热量很大、温度很高，但移动速度快，对非照射的部位没有什么影响因此，其热影响区很小。2无接触加工，对工件不污染；激光加工就是将激光束照射到加工物体的表面，用以去除或熔化材料以及改变物体表面性能从而达到加工的目的，因此属于无接触加工。其主要特点是无惰性，因此其加工速度快、无噪声。由于光束的能量和光束的移动速度都是可以调节的，因此可以实现各种加工的目的。3能穿过透光外壳对密封的内部材料进行加工；4加工精确度高，适用于自动化。激光束易于导向、聚焦和发散。根据加工要求，可以得到不同的光斑尺寸和功率密度。通过外光路系统可以使光束改变方向，因而可以与数控机床、机器人连接起来，构成各种极灵活的加工系统。二、激光加工的一般原理激光加工大多基于光对非透明介质的热作用，也即吸收光能引起的热效应。因此，激光光束特性、材料对光的吸收作用和导热性等对激光加工有很大影响。用于激光加工的激光束常用基模(TEM00)，因为，它有轴对称的光强分布，能达到最佳的激光束聚焦。当高斯光束入射到焦距为f的透镜面的光束截面半径为，则由短焦距透镜聚焦后，焦点处的光斑截面半径0近似为从而可以算出经透镜聚焦后焦平面上的功率密度。如果激光是高阶横模，光束具有非轴对称结构，光斑尺寸比基模显著增大，在激光总功率相同的情况下，焦点处的功率密度将减小。由于在大多数金属中等离子频率远大于阻尼因子，因此，在激光频率远小于等离子频率时，折射率和消光系数迅速增大，此时，激光被金属反射，吸收很少；在等离子频率附近时，折射率出现一个极小值，而消光系数值单调下降，因此，在等离子频率附近激光被较好的吸收；激光频率继续上升，远大于等离子频率时，折射率迅速趋近于1，而消光系数迅速变为0，因此，金属对激光是透明的。事实上，金属对除了极高能紫外线和更高频的x射线激光是透明的外，对其余辐射都是不透明的；而金属的等离子频率处于紫外到近红外波段，因此从近红外激光、可见激光到紫外激光对金属加工较为有利；对远红外激光，金属儿乎是反射的，因此对金属进行加工时，若是用远红外激光，就必须对表面采取必要的增强吸收的有效措施，或者使用超高能激光束。当光波照射在不透明物体表面时，使一部分光被反射，另一部分光被吸收。对多数金属来说，在光学波段上有高的反射率(70一95)，大的吸收系数105106cm)。一般认为光在金属表面层里，能量就被吸收掉了，并把吸收的光能转化为热能，使材料局部温度升高，然后以热传导方式把热传到金属内部。此外，金属的反射率与金属的表面状况有关，粗糙的表面和有氧化物膜层的表面较之光滑表面有更小的反射率。非金属材料的反射率和吸收系数则在很大的范围内变化。因为金属表面层吸收的光能转化为热能，而热能又以热传导的方式继续向材料深处传递，所以金属的导热性对材料的加热影响很大。根据热传导理论可以计算激光照射下被加工材料表面的温度和内部的温度分布。知道温度场分布对判断能进行什么加工提供依据。例如进行焊接必须达到材料的熔化温度，而打孔、切割一般必须达到汽化(沸点)温度。长脉冲或连续激光正入射时，光点中央的温度值T与被吸收的光功率、导热系数、表面吸收率之间的关系为：式中，A为表面吸收率，P为被表面吸收的光功率，r0为光斑半径，k为导热系数。在一个脉冲作用时间内，材料通过单位面积吸收，使深度为h的材料温度升高到汽化所需的能量(未考虑传导、辐射等损耗)为 式中，T0是起始温度，Tm是熔化温度，TB是沸点温度，Cs是固体的比热Cp是液体的比热，Lm和Lr分别是熔解热和汽化热，是材料密度，h是孔的深度。三、激光加工系统激光加工系统主要包括激光发生器（简称激光器）、数控工作台（加工机床）和导光系统（光束传输、聚集装置）、控制系统及检测系统。此外，还有冷水机组、气体（包括激光工作气体和切割、焊接用辅助气体）供应（包括净化）站以及计算机辅助设计及编程等配套设备。图是激光加工系统的示意图。激光加工系统示意图激光加工时，是将光束与物体表面作相对运动。既可以是光束运动，也可以是工件运动，也可以是光束和工件同时运动。在运动中，要求光斑尺寸可调、功率或能量可调、以达到各种加工的目的。有时还要求光束与工件表面成法线方向。1、激光器激光器是整个加工系统的核心。对激光器的共同要求是稳定、可靠，只有长期稳定运行的激光器才能承担加工任务同时，针对不同加工任务，对激光器还提出了一些要求例如，对于切割和焊接而言，要求激光器构模式为低阶模或基模；有时要求激光器为连续运行，有时又要求脉冲运行，为此激光器必须具备连续运行和脉冲运行的能力；激光器的功率和能量既要求稳定，同时根据加工的不同要求，对输出功率和能量、脉宽等参数进行精密调节。 当前用于激光加工的激光器主要有三类：CO2激光器、Nd:YAG激光器和准分子（KrF、ArF）激光器。（1）CO2激光器CO2激光器结构示意图CO2分子激光器是目前实际应用中最重要的激光器，其发展极为迅速，应用最为广泛。自1964年问世以来，封离型、流动型、气动型、大气压型、横向激励型、波导列阵型等各种形式的CO2激光器相继出现，并已使其中的大部分器件实现系列化和商品化。激光功率在500W20KW(甚至更高功率)的电激励CO2激光器近年来发展迅速，技术日趋成熟，它既可连续工作又可脉冲工作，在材料加工工业中得到广泛的应用。CO2激光器中通常充以CO2、N2、和He的混合气体，激光振荡发生在CO2的两个振动能级间，N2和He是辅助气体，它们改善了激光作用的效率。密封式CO2激光器一般都有水冷套，且放电管长度和孔径一般都较大。工作气体混合比例对输出功率影响较大，放电管较粗时，N2、He的比例较高(分别为400Pa和2000Pa)；管径较细时比例较低(分别为330Pa和1360Pa)；CO2气压约130260Pa。此外，还可加入少量氙(Xe)和氢分子(H2)，以提高能量转换效率。放电电流和放电管壁温度对增益有很大影响，存在一最佳放电电流，通常由实验决定，管壁温度要求越低越好，因此需要冷却。密封式普通CO2激光器输出功率与放电管长度成正比平均每米长度可获得连续输出功率(多模)为4050W(最佳条件下)。CO2激光器的主要特点是输出功率和能量相当大。可连续波工作和脉冲工作。其脉冲输出能量达数万焦，脉冲宽度可压缩到纳秒(ns)级，脉冲功率密度高达1012W，可以与高功率固体激光器的水平相媲美。CO2 激光器的能量转换效率可高达2025，是能量利用率最高的激光器之一。（2）Nd:YAG激光器Nd：YAG激光器结构示意图Nd：YAG激光器又称为掺钕钇铝石榴石激光器，激活粒子是Nd3+，基质是钇铝石榴石（YAG）晶体。YAG是一种复杂的氧化物，它的化学组分是Y3Al5O12，金属离子被Nd3+取代的量是12，激光波长为106m。Nd3+参与激光作用的能级如图所示，这是一种四能级系统，所以达到必需的粒子数反转的阈值能量较低，再加上YAG的热导率较高，因此可以连续或高重复率运转，平均功率输出可达1kw，连续功率达几百瓦。所以这种激光器具有激光形成的阈值低、输出能量大、峰值功率高、结构较紧凑、牢固耐用等优点。但是由于工作物质的不均匀性和热效应以及能级结构的限制，输出光束质量较差，工作波长局限于较短的波段。又由于采用灯泵，效率和可靠性较低。（3）准分子激光器准分子激光器的工作粒子是一种在激发态复合为分子，而在基态离解为原子的不稳定缔合物。电子辐射跃迁在束缚的激发态与排斥的基态之间发生。激光波长多在紫外区和真空紫外区，所以又称紫外激光器。准分子寿命非常短，从产生到消失仅经历10-8s数量级，且激光下能级寿命更短(10-13 s量级)。所以，可期望准分子激光器的饱和强度非常高(每平方厘米达兆瓦量级)；即使在超短脉冲运转时，激光下能级仍可视为空的。准分子激光器的量子效率接近10D，这是高效激光器的前提条件，并可制成可调谐器件。因此，作为高效率、高功率紫外激光器，准分子激光器具有良好的发展前景。CO2激光器主要应用于切割、焊接、打孔、表面热处理等；Nd:YAG激光器主要应用于激光打孔、焊接、热处理、切割、划片、微调以及半导体加工等；而准分子激光器主要应用于半导体加工和其他的微细加工等。2、光路系统光路系统是激光加工设备的主要组成部分之一，是激光器和加工机的连接部分。光路系统包括光束的直线传输通道、光束的折射部分和聚焦或发散系统。它的特性直接影响激光加工的性能。在加工系统中，它的作用如下：(1)将激光束从激光器输出窗口引导至加工工件表面，并在加工部位获得所需的光斑形状、尺寸及功率密度。(2)指示加工部位。由于大多数用于激光加工的激光器工作在红外波段，光束不可见。为便于激光束对准加工部位，多采用可见的氦氖激光器或白炽灯光同轴对准，以指示激光加工位置，并便于整个光路系统的调整。(3)观察加工过程及加工零件。尤其在微、小型件的加工，这是必不可少的。直线传输通道主要是空气传输通道和光纤传输。迄今已采用的光纤传输主要是紫外到近红外波，例如YAG激光的光纤传输可以高达几百瓦，都是成功的。这种传输方式既安全又方便，大部分还是采用空气传输通道。这种传输方式要改变方向，只有采用折射的办法，比较复杂。在大功率、大能量传输时，必须采用屏蔽手段，否则会造成对人的伤害。聚焦和发散系统在小功率系统中多采用透镜，在大功率系统中，最好采用金属反射、折射系统。这主要是考虑避免热透镜效应。在多坐标加工系统中，有时采用光束移动的方法，这就还要有调节光路的机械传动部分。以上这些都属于光路系统。3、加工机加工机是承受加工件的部分。加工件与激光束作相对运动而进行加工，因此加工的精度在很大程度上决定于加工机的精度和激光束运动时可调节的精度。光束运动的调节和加工机运动轨迹都是靠数控系统来控制的加工机必须有良好的数控系统和可靠的检测、反馈系统，尤其是特别精密的微调机更是这样。按激光束与工件的相对运动的实现方式，加工机可分为以下三种形式：(1)激光器运动。这种方式适用于小型激光器。此时，激光器与聚焦镜组成的激光头作为整体沿工件运动。这种形式用得较少。 (2)工件运动。工件置于工作台上，工件随工作台一起运转，激光器及导光系统不动。这种方法在工件不大(小于11m2)时，使用较为方便对激光器尺寸没有限制。(3)光束运动。此时激光器和工件都固定不动，通过反射镜(透镜)、聚焦镜等部件的运动实现光束的运动。由于运动部件惯性较小，故可达到较高的速度与加速度。可在激光器与工件均很大时使用在一般切割或焊接加工中，只需根据加工的要求，按程序控制激光的能量(或功率)、波形来完成加工任务，而不需测量、反馈信息数控系统根据加工机的不同性质而提出不同要求。但是，有一点是共同的，这就是要首先了解激光与物质相互作用的规律，即掌握激光焊接、切割、去除、热处理的工艺参数。激光加工有时还有下些辅助工艺，因此也就需要一些辅助设备。如激光热处理，为了提高激光吸收率，在热处理工件上需涂一层黑化材料，于是就要有清洗、干燥和黑化设备这些辅助设备与激光加工设备可以是连成一条线的，也可以是离线的，视生产率要求而定，又例如，激光切割中要有保护气体或助燃气体。那么在加工机中就要有辅助气体、输气系统和优化的气嘴等。四、激光加工技术激光加工技术是集光学、机械学、电子学、计算机学等为一体的高技术，是激光应用最有发展前途的领域。目前已开发出20多种激光加工技术，如雨后春笋般地应用于各个新工艺领域，如激光切割、激光打孔、激光焊接、激光表面热处理、激光快速成型、激光清洗、激光冗余修正、激光退火、激光打标、激光光刻与存储等。激光加工的特点是：无接触、激光束能量高度集中，加工区域小，因而热变形小，加工质量高、精度高，加工件不受尺寸、形状限制，不需冷却介质，而且无污染，噪声小，劳动强度低，效率高，方便实行数控和可以用来进行特殊加工。激光加工技术的出现是对传统的加工工艺和加工方法具有重大影响的技术变革，推动了工业的快速发展，并产生了巨大经济效益。（1）激光切割激光切割是利用激光束聚焦形成高功率密度的光斑，将材料快速加热至汽化温度，蒸发形成小孔洞，并使光束与材料相对移动，实现连续孔洞的窄切缝。脉冲激光适用于金属材料，连续激光适用于非金属材料，后者是激光切割技术的重要应用领域。与计算机控制的自动设备结合，激光束具有无限的仿形切割能力，切割轨迹修改方便，通过预先在计算机内设计，进行众多复杂零件整张板排料，可实现多零件同时切割，节省材料。激光切割的优点恰恰在于它能在确保质量的前提下有很强的加工适应性和很好的加工灵活性，即只须根据图纸编制程序，由数控机床按程序切割出所需工件，也可方便地改变程序而不需要更换模具就能加工不同零件，使新产品试制免去模具的重新设计并缩短周期。激光切割是非接触加工，零件没有机械变形，不论多硬的材料，它均能加工出任何尺寸、任何形状的零件。 当然，就整个加工方法而言，冲切与激光切割是互相补充的。大批量、品种单一零件用冲切效率高；对小批量、多品种及形状复杂零件而言，则激光切割优点突出。尤其对新产品试制特别合适，有利于机械工业的技术更新和产品换代。激光切割在复杂、多品种及中小批量零件成形加工中的优点是：与冲压比可以不开模具，根据工件图纸编制程序，直接切割无毛刺，无喇叭口成形，能加工较厚零件；比等离子焰切割切缝窄，垂直度好，精度高，热影响区小；比线切割和水切割加工速度快。激光切割还可整板编排，套裁，省工省料。除精细切割（如切割硅片）可用YAG固体激光器外，激光切割一般采用CO2气体激光器，其工作参数主要有切割速度、切缝宽度和切割厚度。（1）激光切割速度。它随激光功率和喷气压力增大而增加，而随被切材料厚度增加而降低。采用2KW激光功率，切割6mm厚碳素钢钢板的速度达到2.5m/min；而厚度为12mm的钢板仅为0.8m/min；切割15.6mm厚的胶合板为4.5m/min；切割35mm厚的丙烯酸酯板的速度则达27m/min。（2）切缝宽度。宽度一般在0.5mm左右，最小切缝宽度为0. 005 mm。它与被切材料性质及厚度、激光功率大小、焦距及焦点位置、激光束直径、喷吹气体压力及流量等因素有关，其影响程度大致与对打孔直径的影响相似。切割精度可达0.020.01mm。（3）切割厚度。它主要取决于激光输出功率。切割碳素钢时，1kW级激光器的极限切割厚度为9mm，1.5kW级为12mm，2.5kW级为19mm；2.5kW级切割不锈钢的最大切割厚度则为15mm。对于厚板切割，则需配置3kW以上的高功率激光器。采用辅助气体提高切割效率和切口质量。由于金属表面的激光反射率可高达95%，使激光能量不能有效地射入金属表面。喷吹氧气或压缩空气能促进金属表面氧化，增加对激光的吸收率，以提高切割效率。增加吹氧压力还可使切缝减小，切割石英时，吹氧可防止再粘结；切割易燃材料时，可喷惰性气体防止燃烧；切割带有金属夹层的易燃材料，宜采用压缩空气。当吹气压力未超过某一数值时，增加压力可增大切割厚度。对于熔点和分解点低及导热性差的塑料、纤维、木材、布料等，一般应采用长焦距的锗透镜来聚焦激光束。（2）激光打孔激光打孔技术具有精度高、通用性强、效率高、成本低和综合技术经济效益显著等优点，已成为现代制造领域的关键技术之一。目前，激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。进入90年代，激光打孔朝着多样化、高速度、孔径更微小的方向发展。目前，激光可在3 mm厚的不锈钢板上以每秒65个孔的速度进行打孔，在1mm厚的不锈钢板上的打孔速度可达100孔s。激光束打孔机一般由激光器、电气系统、光学系统和三坐标移动工作台等四大部分组成。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主，也有一些准分子激光器、同位素激光器和半导体泵浦激光器。激光打孔尺寸及其精度的控制主要有以下几个方面：（1）孔径尺寸控制。采用小发散角的激光器（0.0010.0003rad），缩短焦距或降低输出能量可获得小的孔径。对于熔点高、导热性好的材料可实现孔径0.011mm的微小孔加工，最小加工孔径可达0.001mm。（2）孔的深度控制。提高激光器输出能量，采用合理的脉冲宽度（材料的导热性越好，宜取越短的脉冲宽度），应用基模模式（光强呈高斯分布的单模）可获得大的孔深。对于孔径小的深孔宜用激光多次照射，并用短焦距（1530mm）的物镜打孔。（3）提高激光加工孔的圆度。激光器模式采用基模加工，聚焦透镜用消球差物镜，且透镜光轴与激光束光轴重合，工件适当偏离聚焦点以及选择适当的激光能量等可提高加工圆度。（4）降低打孔的锥度。通常孔的锥度随其孔深与孔径比的增大而增加，采用适当的激光输出能量或小能量多次照射、较短的焦距、小的透镜折射率及减少入射光线与光轴间的夹角等措施可减小孔的锥度。（3）激光焊接激光焊接是把激光聚焦成很细的高能量密度光束照射到工件上，使工件受热熔化，然后冷却得到焊缝。激光焊缝熔深大，速度快，效率高，激光焊缝窄，深宽比大，受热影响区很小，工件变形也很小，可实现精密焊接，激光焊缝结构均匀，晶粒很小，气孔少，夹杂缺陷少，在机械性能，抗蚀性能和电磁学性能上优于常规焊接方法。激光焊接技术具有溶池净化效应，能纯净焊缝金属，使焊缝杂质含量低，接头机械性能好，另外，利用激光作用下材料内部瞬间无序结合效应，适用于相同和不同金属材料间的焊接。激光焊接能量密度高，对高熔点、高导热率和物理特性相差很大的金属焊接特别有利。激光焊不足处是焊接对中度及工件焊前装配精度要求较高。目前，汽车行业将不同材质的薄钢板实施激光拼接，焊后冲压成型，激光拼接焊取代了电焊，使得每辆轿车可节约100美元。德国新型奥迪A2的铝车体中的激光焊缝长达30m。 在激光焊接技术研究与应用方面处于世界领先水平的国家有德国、日本、瑞士和美国等。激光焊接能够实现的材料厚度最大已达80 mm，最小为005 mm，正朝着低成本、高质量的方向发展。激光焊接技术常用于汽车车身厚薄板、汽车零件、锂电池、密封继电器等密封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件，其应用范围正在向其他行业普及。目前使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半导体泵浦激光器。激光焊接按使用激光器件和服务对象不同，从焊接机制可分为传导焊和深熔焊。一般讲，传导焊用于电子工业较多，器件大都是Nd：YAG激光器。而深熔焊则与电子束等离子焊一样，属于小孔机制。机械制造业中钣金件或轴套类焊接基本上就是按这种机制进行的。一般要根据金属的光学性质（如反射和吸收）和热学性质（如熔点、热传导率、热扩散率、熔化潜热等）来决定所使用的激光的功率密度和脉宽等，对普通金属来说，光强吸收系数大约在105109Cm-1数量级。如果激光的功率密度为105109W/Cm2，则在金属表面的穿透深度为微米数量级。为避免焊接时产生金属飞溅或陷坑，要控制激光功率密度，使金属表面温度维持在沸点附近。对一般金属，激光功率密度常取105106 W/Cm2左右。（4）激光表面热处理激光表面热处理就是用激光照射材料，使表面迅速加热。控制加热温度在材料的临界温度以上、熔点以下。移去激光后，材料便迅速自淬冷却。对材料进行热处理后，可使表面的结晶结构发生变化，提高表面硬度。用来进行表面硬化的激光，其功率密度一般在103104 W/Cm2的数量级。激光热处理的显著特点是：高速加热，高速冷却，获得的组织细密、硬度高、耐磨性能好；淬火部位可获得大于4000MPa的残余压应力，有助于提高疲劳性能；还可以进行局部选择性淬火，通过对多光斑尺寸的控制，更适合其他热处理方法无法胜任的管孔、深沟、微区、夹角和刀具刃口等局部区域的硬化；激光可以远距离传送，可以实现一台激光器多工作台同时使用，采用计算机编程实现对激光热处理工艺过程的控制和管理，实现生产过程的自动化。激光表面热处理技术包括激光相变硬化技术、激光涂覆技术、激光合金化技术、激光冲击强化技术等，这些技术对改变材料的机械性能、耐热性和耐腐蚀性等有重要作用。 当功率密度为103107Wcm2时，以103107s加热速度把金属表面加热到仅低于熔点的临界转变温度，其表面迅速奥氏体化，然后急速自冷淬火，冷却速度可达1.7104s，金属表面迅速被强化，这就是激光相变硬化(即激光淬火)。激光相变硬化是激光热处理中研究最早、最多、进展最快、应用最广的一种新工艺，适用于大多数材料和不同形状零件的不同部位，可提高零件的耐磨性和疲劳强度，国外一些工业部门将该技术作为保证产品质量的手段。 激光合金化和激光涂覆是利用高功率激光束在基体表面覆盖一层薄的具有特定性能的涂覆材料。利用激光束快速扫描金属工件表面，使一种或多种合金元素与工件材料表面一起快速熔化再凝固，共同形成硬化层。其冷却速度在104l011s，硬化层的深度通常小于1.5mm。激光表面合金化技术是材料表面局部改性处理的新方法，是未来应用潜力最大的表面改性技术之一，适用于航空、航天、兵器、核工业、汽车制造业中需要改善耐磨、耐腐蚀、耐高温等性能的零件上。激光涂覆的热处理方式也采用激光合金方式，因此与激光合金化有许多相似之处，其主要区别在于经激光作用后，其熔化深度仅仅涉及到工件材料表面下极薄一层，使其成分几乎没有进入涂层内，以保证涂层的化学成分基本上不变化，具有较高的性能。一般激光涂覆硬化层厚度为0.10.4mm。激光涂覆技术是在工业中获得广泛应用的激光表面改性技术之一，具有很好的经济性，可大大提高产品的抗腐蚀性。通过激光Cr、Mo合金化，可使45号钢表面的耐磨性提高12倍。而用Cr-Mo作为覆盖层，对45号钢进行激光Cr-Mo合金化，可使45号钢表面合金层的热疲劳裂纹的萌生期比其工件内部的材料高一个数量级以上，并且它比常用的热处理模具钢还要高5倍左右。激光涂覆的显著特点是：对与基材形成冶金结合，结合强度高，对基材的热影响小，引起的变形也小；熔覆的材料成分通常不受冶金热力学条件限制，因此所采用的熔覆材料的范围相当广泛，包括镍基、钴基、铁基合金、碳化物复合材料以及陶瓷材料等。激光冲击强化使用脉冲宽度极短激光照射材料表面，可以产生106MPa高强度冲击波，使得金属材料的机械性能改善，阻止裂纹的产生和扩展，提高钢、铝、钛等合金的强度和硬度，改善其抗疲劳性能。通过激光强化可以消除应力、改善微观结构，提高工件表面的耐磨性、耐蚀性、耐高温性，从而大大提高产品的质量，成倍地延长产品使用寿命和降低成本。例如：对钢、铸铁、钛和铝合金，其疲劳强度增加25500。目前人们正在将该技术应用于飞机制造业，以增强飞机发动机部件的抗疲劳强度。激光表面热处理由于使用效果好、抗变形能力强，可实现精确热处理和修复等优点，目前越来越多的企业用它来解决传统热处理及修复技术解决不了或解决不好的问题。我国的激光热处理和激光熔覆应用远比国外广泛得多。目前使用的激光器多以YAG激光器，CO2激光器为主。激光表面热处理在汽车行业应用极为广泛，在许多汽车关键件上，如：缸体、缸套、曲轴、凸轮轴、排气阀、阀座、摇臂、铝活塞环槽等几乎都可以采用激光热处理。例如，美国通用汽车公司用十几台千瓦级C02激光器，对换向器壳内壁局部硬化，日产3万套，提高工效4倍。我国采用大功率C0：激光器对汽车发动机缸孔内壁进行强化处理，可延长发动机大修里程到15万km以上，寿命提高3倍。（5）激光快速成型激光快速成形技术集成了激光技术、CADCAM技术和材料技术的最新成果，是计算