激光加工技术应用的发展及展望

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1、万方数据第14卷第4期光电子技术与信息2001年8月r⋯⋯⋯⋯⋯!l综述!激光加工技术应用的发展及展望江海河f中科院安散光学精密机械研究所合肥230031)摘要垒面地介绍了激光加工的优异性雏及应用与发展，同时探讨了制约我国激光加工技术发展的几个

2、可题，指出21世纪最具竞争力的先进加工技术是激光加工技术，并展望丁其发展前景．美■调激光加工技术，墩光加工应用，市场分析1引言由于激光具有方向性好、高能量和单色性好等一系列优点，自60年代初问世以来，就受到科研领域的高度重视．激光技术推动了诸多领域的迅猛发展，应用范围越来越广，在加工领域中的应用成果尤为显著[11．激光加工系指激光柬作用于物体的表面而引

3、起物体形状的改变，或物体性能的改变的加工过程．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柬作用于物体，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、切锏均极有利j冷加工则对光化学沉积、激光刻蚀、掺杂和氧化很合适。按激光加工的应用类别分：切割约占40％，标刻和焊接各占20％，表面改性、打孔和微加工各占10％．当前用于激光加工收稿日期：2901-0

4、2-22收謦馥稿日期：如01—o斗15的激光器主要有三类：C02、Nd：YAG和准分子(KrF、ArF)激光器，但随着半导体激光技术的迅速发展，使得二极管激光器、二极管泵浦全固体化激光器、光纤激光器和超短脉冲激光器必然进入材料加工业，特别在微细加工中的应用增长更快【”．激光加工应用的行业包括机械制造、纺机、医疗器械、汽车、航天航空、电子电器、电站电机、量具刃具、冶金、化工、包装和工艺装饰等．全球现有激光加工站约4000家．按其销售量分：美国、日本和欧洲约各占1／3Is]．在发达国家的加工业中，已逐步进入。光加”时代．日本估计在本世纪，激光加工将占整个加工业的10％以上．目前，一些国际性大公司积

5、极采用先进的激光加工技术，以提高产品的竞争力，如西门子公司在它的一条流水线上就采用丁400多台激光器．激光加工不仅技术先进，而且经挤效益显著．美国在2000年用于材料加工的激光器预计达到20000台【4j．我国激光加工市场前景广阔，预计平均以每年20—30％速率递增。但在激光加工系统的可靠性、稳定性以及整体化、智能化、自动化水平与国外差距较大lq，这万方数据第14卷第4期光电子技术与信息2001年8月是制约我国激光加工技术进一步发展的关键所在，国家正在积极采取措施，加速我国激光加工产业化的进程和发展。2激光加工技术的特点与应用2．1激光加工技术的优异性能激光具有亮度高、方向性强、单色性和相干性

6、好等性能，加上激光的空间控制性和时间控制性很好，易获得超短脉冲、尺度极小的光斑，能够产生极高的能量密度和功率密度，足以融化世界上任何金属和非金属物质，特别适用子材料自动化加工，而且对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大。与计算机数控技术相结合，激光加工系统为优质，高效和低成本的加工生产开辟丁广阿道路，激光加工技术已成为工业生产自动化加工生产的关键技术，并具有普通加工技术所不能比拟的优势。激光加工为无接触加工，其主要特点也就是无惯性，因此其加工速度快、无噪声。由于光柬的能量和光柬的移动速度都是可以调节的，因而可以实现各种复杂面型的高精度的加工目的．且加工过程中无。刀具”磨损，对工件

7、无。切削力”。激光柬不仅可聚焦，而且可以聚焦到亚微米量级，光斑内的能量密度或功率密度极高，用这样小的光斑可以进行檄区加工，也可以进行选择性加工．它不仅可以进行金属加工，还可以实现对非金属的加工，特别适合于加工高硬度、高臆性及高熔点的材料，如钻石打孔、金属切翻。由于光束照射到物体表面是局部的，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．例如，在热处理、切割、焊接过程中，加工工件基本无变形，可省去或减少后继加工量。这一特点也可以成功地用于局部热处理和显像管的焊接．激光加工不受电磁干扰．与电子柬加工2相比，其优越性就在于可以在大气中进行．在大工件

8、加工中，使用激光加工比使用电子束加工要方便得多。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，因而可以和数控机床、机器人连接起来，构成各种加工系统。这是一种极灵活的柔性加工系统，对于改造传统的机床和机器人是一种极好的方法．激光加工技术具有的优越性使其在机械、电子、冶金、汽车、石油和国防等领域得到丁广泛应用，并产生了巨大的经济效益和社会