激光技术在制造业中的应用.doc

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1、激光技术在制造业中的应用一、激光简介激)匕英文全名为LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation(LASER)o于1960年面世，是一种因刺激产生辐射而强化的光。1•激光的产生科学家在电管屮以光或电流的能量來撞击某些晶体或原子易受激发的物质，使其原子的电子达到受激发的高能量状态，当这些电子要回复到平静的低能量状态时，原子就会射出光子，以放出多余的能量；而接著，这些被放出的光子又会撞击其它原子，激发更多的原子产生光子，引发一连串的“连锁反应”，并且都朝同一个方前进，形成强烈而且集小朝向某个方

2、向的光，因此强的激光甚至可用作切割钢板。2.激光的应用激光被广泛应用是因为它的特性。激光几乎是一•种单色光波，频率范围极窄,又可在一个狭小的方向内集屮高能量，因此利用聚焦后的激光束可以对各种材料进行打孔。以红宝石激光器为例，它输出脉冲的总能量不够煮熟一个鸡蛋，但却能在3毫米的钢板上鈴出一个小孔。激光拥有上述特性，并不是因为它有与别不同的光能，而是它的功率密度十分高，这就是激光被广泛应用的原因。激光具有单色性好、方向性强、亮度高等特点。现已发现的激光工作物质有几千种，波长范围从软X射线到远红外。激光技术是指依据一定的原理，改变激光振荡或激光辐射

3、的参数，使之适合于某一H的的技术。激光技术的核心是激光器，激光器的种类很多，可按工作物质、激励方式、运转方式、工作波长等不同方法分类。根据不同的使用要求，采取-•些专门的技术提高输出激光的光束质量和单项技术指标，比较广泛应用的单元技术有共振腔设计与选模、倍频、调谐、Q开关、锁模、稳频和放大技术等。作为20世纪60年代的新光源，激光被广泛应用于测量、通讯、医学、军事、科研、新闻出版、商业、家庭娱乐、工业制造等领域，由于篇幅有限，本报告主要介绍激光技术在制造业屮的应用。激光在制造制造业屮的应用主要体现为激光焊接、激光打孔、激光切割、激光雕刻、激光

4、快速成型、激光表面淬火、激光表面强化等等一系列的激光加工技术。二、激光加工技术简介激光加工技术实现了光、机、电技术相结合，是一种先进制造技术。H前正处于向传统制造技术屮许多工艺过程积极渗透的阶段。由于它具有无接触、不需要工模具、清洁、效率较高、方便实行数控和可以用来进行特殊加工，H前已经广泛应用于汽车、冶金、航空航天、机械、纺织、化工、建筑、造船、仪器仪表、微电子工业、艺术品制作、H常生活用品和工业用品制造等众多领域。用来进行打孔、切割、铳削、焊接、刻蚀、大型零件的强化和修复、材料表面改性和材料合成、模具、模型和零件的快速制造，工艺美术品制作

5、和清洗、产品标刻和防伪等。1•激光加工技术的原理激光加工是将激光束照射到工件的表而，以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表而性能。激光加工技术的原理图如图1所示。激光加工可大体分为以下三个过程：(1)激光束照射材料，材料吸收光能；(2)光能转变为热能使材料加热；(3)通过气化或熔融溅岀使材料去除或破坏。2.激光加工的特点激光加工技术主要具有一下特点：(1)加工材料范围广聚焦后，激光加工的功率密度可高达108'1010W/cm2,光能转化为热能,几乎可以熔化、气化任何材料。(2)可用于精密微细加工激光光斑人小可聚焦到微米级。(3)使用激光

6、束作为工具非接触加工，无明显的机械力，没有工具损耗问题；加工速度快、热影响区小，容易实现加工过程自动化；能通过透明体进行加工，如对真空管内进行焊接加工等。(1)加工装置相对简单和电子束加工等比较起来，不要求复杂的抽真空装置。（5）影响因素多，控制难度较大激光加工是一种瞬时、局部熔化、气化的热加工，其影响因素很多，因此，精微加工时，精度和表而粗糙度不易保证。表而光泽或透明材料的加工，必须预先进行色化或打毛处理。（6）加工过程会产生气体及火星等飞溅物要注意通风抽走，操作者应戴防护眼镜。2.激光加工的分类激光加工大体可分为激光热加工和光化学加工：激

7、光热加工指半激光束照射到物体表而时，引起快速加热，热力把对彖的特性改变或把物料熔解蒸发。包括激光焊接、激光切割、表而改性、激光打标等等;光化学加工指为激光束加于物体时，高密度能量光子引发或控制光化学反应的加工过程。包括光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等等。4•激光加工机的组成激光加工的基本设备包括四大部分：（1）激光器——是激光加工的重要设备，它把电能转变成光能，产生激光束。（2）激光器电源——为激光器提供能量及控制功能。（3）光学系统——包括激光聚焦系统和观察瞄准系统，后者能观察和调整激光束的焦点位置，并将加工位置显示在投影仪上。（4）机械系

8、统——主要包括床身、能在三坐标范围内移动的工作台及机电控制系统等。5•激光加工技术的发展现状激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，已成为企业实