激光加工是指利用激光束投射到材料表麵產(chan) 生的熱效應來完成加工過程，包括激光焊接、激光切割、表麵改性、激光打標、激光鑽孔和微加工等。用激光束對材料進行各種加工，如打孔、切割、劃片、焊接、熱處理等。激光能適應任何材料的加工製造，尤其在一些有特殊精度和要求、特別場合和特種材料的加工製造方麵起著*的作用。

一 激光加工的原理及其特點

1． 激光加工的原理

激光加工是將激光束照射到工件的表麵，以激光的高能量來切除、熔化材料以及改變物體(ti) 表麵性能。由於(yu) 激光加工是無接觸式加工，工具不會(hui) 與(yu) 工件的表麵直接磨擦產(chan) 生阻力，所以激光加工的速度極快、加工對象受熱影響的範圍較小而且不會(hui) 產(chan) 生噪音。由於(yu) 激光束的能量和光束的移動速度均可調節，因此激光加工可應用到不同層麵和範圍上。

2．激光加工的特點

激光具有的寶貴特性決(jue) 定了激光在加工領域存在的優(you) 勢：

①由於(yu) 它是無接觸加工，並且高能量激光束的能量及其移動速度均可調，因此可以實現多種加工的目的。

②它可以對多種金屬、非金屬加工，特別是可以加工高硬度、高脆性、及高熔點的材料。

③激光加工過程中無＂刀具＂磨損，無＂切削力＂作用於(yu) 工件。

④激光加工過程中，激光束能量密度高，加工速度快，並且是局部加工，對非激光照射部位沒有影響或影響極小。因此，其熱影響區小，工件熱變形小，後續加工量小。

⑤它可以通過透明介質對密閉容器內(nei) 的工件進行各種加工。

⑥由於(yu) 激光束易於(yu) 導向、聚集實現作各方向變換，極易與(yu) 數控係統配合，對複雜工件進行加工，因此是一種極為(wei) 靈活的加工方法。

⑦使用激光加工，生產(chan) 效率高，質量可靠，經濟效益好。

二 激光技術

用激光束對材料進行各種加工，如打孔、切割、劃片、焊接、熱處理等。激光加工有許多優(you) 點：①激光功率密度大，工件吸收激光後溫度迅速升高而熔化或汽化，即使熔點高、硬度大和質脆的材料（如陶瓷、金剛石等）也可用激光加工；②激光頭與(yu) 工件不接觸，不存在加工工具磨損問題；③工件不受應力，不易汙染；④可以對運動的工件或密封在玻璃殼內(nei) 的材料加工；⑤激光束的發散角可小於(yu) 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皮秒，同時，大功率激光器的連續輸出功率又可達千瓦至十千瓦量級，因而激光既適於(yu) 精密微細加工，又適於(yu) 大型材料加工；⑥激光束容易控製，易於(yu) 與(yu) 精密機械、精密測量技術和電子計算機相結合，實現加工的高度自動化和達到很高的加工精度；⑦在惡劣環境或其他人難以接近的地方，可用機器人進行激光加工。

1．激光打孔

采用脈衝(chong) 激光器可進行打孔，脈衝(chong) 寬度為(wei) 0．1～1 毫秒，特別適於(yu) 打微孔和異形孔，孔徑約為(wei) 0．005～1 毫米。激光打孔已廣泛用於(yu) 鍾表和儀(yi) 表的寶石軸承、金剛石拉絲(si) 模、化纖噴絲(si) 頭等工件的加工。

2．激光切割、劃片與(yu) 刻字

在造船、汽車製造等工業(ye) 中，常使用百瓦至萬(wan) 瓦級的連續 CO2 激光器對大工件進行切割，既能保證j確的空間曲線形狀，又有較高的加工效率。對小工件的切割常用中、小功率固體(ti) 激光器或 CO2 激光器。在微電子學中，常用激光切劃矽片或切窄縫，速度快、熱影響區小。用激光可對流水線上的工件刻字或打標記，並不影響流水線的速度，刻劃出的字符可永保持。

3．激光微調

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（如電阻值、電容量和諧振頻率等）的目的。激光微調精度高、速度快，適於(yu) 大規模生產(chan) 。利用類似原理可以修複有缺陷的集成電路的掩模，修補集成電路存儲(chu) 器以提高成品率，還可以對陀螺進行j確的動平衡調節。

4．激光焊接

激光焊接強度高、熱變形小、密封性好，可以焊接尺寸和性質懸殊，以及熔點很高（如陶瓷）和易氧化的材料。激光焊接的心髒起搏器，其密封性好、壽命長，而且體(ti) 積小。

5．激光熱處理

用激光照射材料，選擇適當的波長和控製照射時間、功率密度，可使材料表麵熔化和再結晶，達到淬火或退火的目的。激光熱處理的優(you) 點是可以控製熱處理的深度，可以選擇和控製熱處理部位，工件變形小，可處理形狀複雜的零件和部件，可對盲孔和深孔的內(nei) 壁進行處理。例如，氣缸活塞經激光熱處理後可延長壽命；用激光熱處理可恢複離子轟擊所引起損傷(shang) 的矽材料。

6．強化處理

激光表麵強化技術基於(yu) 激光束的高能量密度加熱和工件快速自冷卻兩(liang) 個(ge) 過程，在金屬材料激光表麵強化中，當激光束能量密度處於(yu) 低端時可用於(yu) 金屬材料的表麵相變強化，當激光束能量密度處於(yu) gao端時，工件表麵光斑出相當與(yu) 一個(ge) 移動的隙隙，可完成一係列的 冶金過程，包括表麵重熔、表層增碳、表層合金化和表層熔覆。這些功能在實際應用中引發的材料替代技術，將給製造業(ye) 帶來巨大的經濟效益。

而在刀具材料改性中主要應用的是熔化處理，熔化處理是金屬材料表麵在激光束照射下成為(wei) 熔化狀態，同時迅速凝固，產(chan) 生新的表麵層。根據材料表麵組織變化情況，可分為(wei) 合金化、溶覆、重溶細化、上釉和表麵複合化等。

激光熔凝是用適當的參數的激光輻照材料表麵，使其表麵快速熔融、快速冷凝，獲得較為(wei) 細化均質的組織和所需性質的表麵改性技術。它具有以下優(you) 點：

1．表麵熔化時一般不添加任何金屬元素，熔凝層與(yu) 材料基體(ti) 形成冶金結合。

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

3．其熔層薄、熱作用區小，對表麵粗糙度和工件尺寸影響不大。有時可不再進行後續磨光而直接使用。

4．提高溶質原子在基體(ti) 中固溶度極限，晶粒及第二相質點超細化，形成亞(ya) 穩相可獲得無擴散的單一晶體(ti) 結構甚至非晶態，從(cong) 而使生成的新型合金獲得傳(chuan) 統方法得不到的優(you) 良性能。

光束可以通過光路導向，因而可以處理零件特殊位置和形狀複雜的表麵。

綜合激光技術的優(you) 點及以被廣泛應用的技術的缺點，把激光技術應用於(yu) 刀具材料表麵強化處理，將是提高刀具耐磨性及其使用壽命的重要途徑之一，尤其對於(yu) 陶瓷、硬質合金刀具這種高硬度、耐熱性好等優(you) 點，有利於(yu) 提高加工效率和加工精度，並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。由於(yu) 它們(men) 強度相對較低，韌性較差，嚴(yan) 重地限製了它們(men) 的應用範圍，因此把激光表麵強化技術應用於(yu) 陶瓷、硬質合金刀具具有深刻的研究意義(yi) 和廣闊的應用前景。

三 激光加工的發展前景

激光加工用於(yu) 再製造業(ye) 和應用於(yu) 其他製造業(ye) 一樣，有其不可替代的優(you) 點，並優(you) 於(yu) 其它加工技術。激光加工用於(yu) 再製造業(ye) 是由相變硬化發展到激光表麵合金化和激光熔覆，由激光合金塗層發展到複合塗層及陶瓷塗層，從(cong) 而使得激光表麵加工技術成為(wei) 再製造的一項重要手段。它主要是采用 5KW～10KWCO2 高功率激光器及其係統。

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