激光加工技术的应用与发展

激光加工技术的应用与发展激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性，对材料(包括金属和非金属)进行切割、焊接、表面处理、冲压和微加工的技术。激光加工作为一种先进的制造技术，已经广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济的重要部门。它在提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染和降低材料消耗方面发挥着越来越重要的作用。关键词：加工原理、发展前景、深加工及发展前景。激光加工的原理和特点1.激光加工原理激光加工使用高功率密度激光束照射工件，使材料熔化和气化，用于特殊加工，如穿孔、切割和焊接。早期激光加工由于功率低，主要用于钻小孔和微焊接。几千瓦的激光加工机已用于各种材料的高速切割、深熔焊接和材料热处理。各种专用激光加工设备相继出现，并结合光电跟踪、计算机数字控制、工业机器人等技术，大大提高了激光加工设备的自动化水平和使用功能。激光的宝贵特性决定了激光在加工领域的优势：(1)由于是非接触加工，高能激光束的能量和移动速度可调，可以实现多种加工目的。(2)可加工各种金属和非金属，特别是高硬度、高脆性和高熔点的材料。(3)在激光加工过程中，没有“刀具”磨损，也没有“切削力”作用在工件上。(4)激光加工时，激光束能量密度高，加工速度快，且为局部加工，对非激光照射的零件无影响或影响很小。因此，热影响区小，工件的热变形小，后续加工量小。可通过透明介质在密封容器中加工工件。激光束易于引导和集中，实现全方位转换，易于与数控系统配合加工复杂工件，是一种非常灵活的加工方法。激光加工生产效率高，质量可靠，经济效益好。尽管激光加工有许多优点，但它的缺点是显而易见的。第二激光技术激光束用于以各种方式加工材料，例如冲压、切割、划线、焊接、热处理等。激光加工有许多优点：激光功率密度高，工件吸收激光后温度迅速上升，熔化或汽化，甚至是高熔点、高硬度和脆性的材料(如陶瓷、金刚石等)。)可以用激光加工；(2)激光头不与工件接触，不存在刀具磨损问题；(3)工件不受力，不易污染；(4)可加工移动的工件或密封在玻璃外壳内的材料；(5)激光束的发散角可以小于1毫弧，光斑直径可以小到微米，作用时间可以短到纳秒和皮秒。同时，高功率激光器的连续输出功率可达千瓦至十千瓦，因此，该激光器既适用于精密微加工，也适用于大规模材料加工。激光束易于控制，易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合，实现高自动化和高加工精度。在恶劣环境或他人难以进入的地方，机器人可用于激光加工。激光钻孔脉冲激光可用于钻孔，脉冲宽度为0.1-1毫秒，特别适用于钻孔微孔和不规则孔，孔径约为0.005-1毫米。激光钻孔已广泛用于加工珠宝轴承、金刚石拉丝模、化纤喷丝头及其他钟表工件。激光切割、划线和刻字在造船、汽车制造等行业中，经常使用100瓦至10000瓦数量级的连续CO2激光器来切割大型工件，这不仅可以确保精确的空间曲线形状，而且具有更高的加工效率。中小功率固态激光器或CO2中小功率激光器用于去除电子元件上的一些材料，以达到改变电气参数(如电阻值、电容和谐振频率)的目的。激光微调精度高，速度快，适合大批量生产。类似的原理可以用于修复有缺陷的集成电路的掩模，修复集成电路存储器以提高产量，以及精确地调整陀螺仪的动态平衡。激光焊接激光焊接具有强度高、热变形小、密封性好的特点。它可以焊接不同尺寸和性能、高熔点(如陶瓷)和易氧化的材料。激光焊接心脏起搏器密封性能好，使用寿命长，体积小。用于激光热处理的激光辐照材料可以通过选择合适的波长、控制辐照时间和功率密度使材料表面熔化和再结晶，达到淬火或退火的目的。激光热处理的优点是可以控制热处理的深度，可以选择和控制热处理的位置，工件变形小，可以加工形状复杂的零部件，可以加工盲孔和深孔的内壁。例如，激光热处理可以延长气缸活塞的使用寿命。激光热处理可以修复离子轰击造成的硅材料损伤。强化治疗激光表面强化技术是基于激光束的高能量密度加热和工件的快速自冷却两个过程。在金属材料的激光表面强化中，当激光束能量密度处于低端时，可用于金属材料的表面相变强化。当激光束能量密度处于高端时，工件表面的光斑相当于一个移动的坩埚，可以完成一系列冶金过程，包括表面重熔、表面加碳、表面合金化和表面熔覆。这些功能在实际应用中引发的材料替代技术将给制造业带来巨大的经济效益。光束可以被引导通过光路，因此可以处理零件的特殊位置和复杂表面。将激光技术的优点与广泛使用的技术的缺点相结合，将激光技术应用于刀具材料的表面强化处理，将是提高刀具耐磨性和使用寿命的重要途径之一，特别是对于硬度高、耐热性好的陶瓷和硬质合金刀具，有利于提高加工效率和精度，可用于在不利的加工条件下切削淬硬钢等难加工材料。由于其强度较低，韧性较差，应用范围受到严重限制。因此，激光表面强化技术在陶瓷和硬质合金刀具上的应用具有深远的研究意义和广阔的应用前景。激光加工的发展前景激光加工应用于再制造等制造业，具有不可替代的优势，优于其他加工技术。激光加工用于再制造，从相变硬化到激光表面合金化和激光熔覆，从激光合金涂层到复合涂层和陶瓷涂层，从而使激光表面加工技术成为再制造的重要手段。主要采用5KW10KWCO2大功率激光器及其系统。与国际激光加工系统相比，中国的激光加工系统差距很大，仅占全球销售额的4%左右。主要表现为：很少有或没有高质量的激光加工系统；主激光器没有关闭。微型激光加工设备的差距很大。然而，在这些领域，中国的生产加工企业正在积蓄力量稳步进入，在国内应用市场有很大的发展空间。国内各种制造业都接受了激光加