先進切削技術(shù)激光加工

先進切削技術(shù)激光加工第一頁，共二十八頁，2022年，8月28日

將具有高能量密度的，能被聚焦到微小空間的激光用于加工的方法叫激光加工。激光是20世紀人類最偉大的發(fā)明之一，現(xiàn)在已廣泛應用于工業(yè)、軍事、科學研究與日常生活中。激光加工主要涉及：激光焊接、激光切割、激光打標、激光雕刻等．第一節(jié)：前言第二頁，共二十八頁，2022年，8月28日

激光焊接第三頁，共二十八頁，2022年，8月28日激光切割第四頁，共二十八頁，2022年，8月28日激光雕刻第五頁，共二十八頁，2022年，8月28日

在發(fā)達國家我國與發(fā)達國家美國德國日本10%醫(yī)療及激光檢測技術(shù)加工設(shè)備差距第六頁，共二十八頁，2022年，8月28日

1．激光功率密度大，可加工熔點高、硬度大和質(zhì)脆的材料(如陶瓷、金剛石等)；2.激光頭與工件不接觸，不存在加工工具磨損問題；3.工件不受應力，不易污染；4.可以對運動的工件或密封在玻璃殼內(nèi)的材料加工；第二節(jié)：激光加工技術(shù)的主要應用激光加工的優(yōu)點：第七頁，共二十八頁，2022年，8月28日

5.激光束的發(fā)散角可小于1毫弧，光斑直徑可小到微米量級,作用時間可以短到納秒和飛秒(是一秒的千萬億分之一),同時,大功率激光器的連續(xù)輸出功率又可達千瓦至十千瓦量級，因而激光既適于精密微細加工,又適于大型材料加工；

6.激光束容易控制,易于與精密機械、精密測量技術(shù)和電子計算機相結(jié)合，實現(xiàn)加工的高度自動化和達到很高的加工精度；

7.在惡劣環(huán)境或其他人難以接近的地方，可用機器人進行激光加工。第八頁，共二十八頁，2022年，8月28日激光打孔指激光經(jīng)聚焦后作為高強度熱源對材料進行加熱，使激光作用區(qū)內(nèi)材料融化或氣化繼而蒸發(fā)，而形成孔洞的激光加工過程。特別適于打微孔和異形孔,孔徑約為0.005～1毫米。1、激光打孔第九頁，共二十八頁，2022年，8月28日

激光切割是應用激光聚焦后產(chǎn)生的高功率密度能量來實現(xiàn)的。與傳統(tǒng)的板材加工方法相比,激光切割其具有高的切割質(zhì)量、高的切割速度、高的柔性(可隨意切割任意形狀)、廣泛的材料適應性等優(yōu)點。2、激光切割與刻字第十頁，共二十八頁，2022年，8月28日

（1）激光熔化切割在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助氣流把熔化的材料噴射出去。（2）激光火焰切割激光火焰切割使用氧氣作為切割氣體。借助于氧氣和加熱后的金屬之間的相互作用，產(chǎn)生化學反應使材料進一步加熱。（3）激光氣化切割在激光氣化切割過程中，材料在割縫處發(fā)生氣化，此情況下需要非常高的激光功率。第十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日

激光雕刻加工是利用數(shù)控技術(shù)為基礎(chǔ)，激光為加工媒介。加工材料在激光照射下瞬間的熔化和氣化，達到加工的目的。第十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日

采用中、小功率激光器除去電子元器件上的部分材料，以達到改變電參數(shù)（如電阻值、電容量和諧振頻率等）的目的。3、激光微調(diào)第十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日激光焊接是激光材料加工技術(shù)應用的重要方面之一，焊接過程屬熱傳導型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導向內(nèi)部擴散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰功率和重復頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。4、激光焊接第十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日激光焊接密封焊第十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日激光表面強化技術(shù)的優(yōu)點1.表面熔化時一般不添加任何金屬元素，熔凝層與材料基體形成冶金結(jié)合。

2.在激光熔凝過程中，可以排除雜質(zhì)和氣體，同時急冷重結(jié)晶獲得的材料有較高的硬度、耐磨性和抗腐蝕性。

3.其熔層薄、熱作用區(qū)小，對表面粗糙度和工件尺寸影響不大。有時可不再進行后續(xù)磨光而直接使用。

5、強化處理第十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日

綜合激光技術(shù)的優(yōu)點，把激光技術(shù)應用于刀具材料表面強化處理，將是提高刀具耐磨性及其使用壽命的重要途徑之一，尤其對于陶瓷、硬質(zhì)合金刀具這種高硬度、耐熱性好等優(yōu)點，有利于提高加工效率和加工精度，并能對難加工材料如淬火鋼在不利的加工條件下進行切削加工。由于它們強度相對較低，韌性較差，嚴重地限制了它們的應用范圍，因此把激光表面強化技術(shù)應用于陶瓷、硬質(zhì)合金刀具具有深刻的研究意義和廣闊的應用前景。第十七頁，共二十八頁，2022年，8月28日傳統(tǒng)清洗方法機械清洗法化學清洗法超聲波清洗法集成電路硅基片的加工清洗精度要求？微米級(0.5μm以下)污染粒5、激光清洗技術(shù)激光清洗技術(shù)第十八頁，共二十八頁，2022年，8月28日脈沖式的Nd:YAG激光清洗的過程依賴于激光器所產(chǎn)生的光脈沖的特性，基于由高強度的光束、短脈沖激光及污染層之間的相互作用所導致的光物理反應。其物理原理可概括如下：1)激光器發(fā)射的光束被需處理表面上的污染層所吸收。2)大能量的吸收形成急劇膨脹的等離子體（高度電離的不穩(wěn)定氣體），產(chǎn)生沖擊波。3)沖擊波使污染物變成碎片并被剔除。第十九頁，共二十八頁，2022年，8月28日第三節(jié)：激光加工設(shè)備的發(fā)展動向1、半導體激光加工機迅速進入工業(yè)應用市場

近幾年來，隨著高功率半導體激光器(LD)和半導體激光器陣列(LDA)的發(fā)展，光纖耦合模塊技術(shù)和光束變換技術(shù)的成熟以及LD和LDA價格的下降，用半導體激光進行材料加工已成為國際上一個重要的研究熱點。第二十頁，共二十八頁，2022年，8月28日光纖激光器是指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質(zhì)的激光器，光纖激光器可在光纖放大器的基礎(chǔ)上開發(fā)出來：在泵浦光的作用下光纖內(nèi)極易形成高功率密度，造成激光工作物質(zhì)的激光能級“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”，當適當加入正反饋回路（構(gòu)成諧振腔）便可形成激光振蕩輸出。2、光纖激光器第二十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日2004年12月3日，烽火通信繼推出激光輸出功率達100W以上的雙包層摻鐿光纖后，經(jīng)過艱苦的攻關(guān)再創(chuàng)佳績，將該類新型光纖的輸出功率成功提高至440W，達到國際領(lǐng)先水平。2012年，國內(nèi)首臺擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的1000W工業(yè)級光纖激光器在西安誕生。第二十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日

光纖激光器與其它激光器的比較第二十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日

多種熱源的復合激光加工機

近年來，國際上興起研究多種熱源的復合激光加工技術(shù)已取得進展。這種技術(shù)可以充分利用激光束的特性和其他熱源的特點，可以明顯提高加工精度、速度、效率和質(zhì)量。正在發(fā)展的這類復合激光加工技術(shù)設(shè)備有：(1)激光一電弧復合熱源焊接技術(shù)系統(tǒng)，具有高效、可焊性好等優(yōu)點。(2)激光一等離子弧槍-CNC數(shù)控銑集成工作頭，用該集成工作頭進行復合激光熔覆和層片式激光制造金屬零件的研究；(3)激光輔助滾壓對接技術(shù)系統(tǒng)，例如研究通過激光加熱，將純鋁連接到中鋼上的可行性。第二十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日

激光微加工機

國際上超短脈沖激光器發(fā)展迅速，目前這種激光器的脈沖寬度已達到飛秒級，最窄為5fs，而峰值功率可達百萬億瓦。隨著這類飛秒激光器的穩(wěn)定性、可靠性的提高以及微加工工藝技術(shù)的成熟，激光微型加工系統(tǒng)正在迅速進入各工業(yè)應用領(lǐng)域，尤其在微電子、光電子元器件和光機電一體化的制造業(yè)中發(fā)揮重要作用。第二十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日飛秒激光器武漢研制出國內(nèi)首個自主知識產(chǎn)權(quán)光纖飛秒激光器，其超高精度色散管理技術(shù)被評為2012年美國光學學會全球六大創(chuàng)新技術(shù)，是中國高科技企業(yè)有史以來首次入選。光纖飛秒激光器是未來超快激光領(lǐng)域的發(fā)展方向，預計在未來5—10年內(nèi)將全面取代固體激光器。第二十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日

把激光器與計算