先進切削技術(shù)激光加工

先進切削技術(shù)激光加工第1頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三

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(yīng)用于工業(yè)、軍事、科學(xué)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2頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三

激光焊接第3頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三激光切割第4頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三激光雕刻第5頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三

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6頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三

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(yīng)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(yīng)用激光加工的優(yōu)點：第7頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三

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8頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三激光打孔指激光經(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9頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三

激光切割是應(yīng)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(yīng)性等優(yōu)點。2、激光切割與刻字第10頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三

（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(xué)反應(yīng)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11頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三

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12頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三

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13頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三激光焊接是激光材料加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一，焊接過程屬熱傳導(dǎo)型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)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(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。4、激光焊接第14頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三激光焊接密封焊第15頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三激光表面強化技術(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16頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三

綜合激光技術(shù)的優(yōu)點，把激光技術(shù)應(yīng)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(yīng)用范圍，因此把激光表面強化技術(shù)應(yīng)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(yīng)用前景。第17頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三傳統(tǒng)清洗方法機械清洗法化學(xué)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18頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三脈沖式的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(dǎo)致的光物理反應(yīng)。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19頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)：激光加工設(shè)備的發(fā)展動向1、半導(dǎo)體激光加工機迅速進入工業(yè)應(yīng)用市場

近幾年來，隨著高功率半導(dǎo)體激光器(LD)和半導(dǎo)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(dǎo)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20頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三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(dāng)適當(dāng)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21頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三2004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22頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三

光纖激光器與其它激光器的比較第23頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三

多種熱源的復(fù)合激光加工機

近年來，國際上興起研究多種熱源的復(fù)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(fù)合激光加工技術(shù)設(shè)備有：(1)激光一電弧復(fù)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(fù)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24頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三

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(yīng)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25頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三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(xué)學(xué)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(yù)計在未來5—10年內(nèi)將全面取代固體激光器。第26頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三

把激光器與計算