激光切割技术的应用和展望

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1、南京理工大学课程名称：微纳尺度加工技术学生姓名：储晓慧学号509010023评阅人：时间：20年月日激光切割技术的应用和展望提要：从激光的基本概念，特点及原理进行介绍，本文介绍了激光切割的两种激光器：固体激光器和气体激光器的原理，主要介绍了激光的高速切割和精细切割两工艺，并各工艺进行举例说明，提出问题和解决问题的措施。关键字：激光固体激光器气体激光器高速切割精细切割LasercuttingtechnologyandtheprospectsAbstractthepaperintroducesfromthebasic,co

2、ncept,characteristicsandprinciplesofthelaser,andthendescribestwokindsoflasercuttinglaser:principlesofsolid-statelasersandgaslaser,primarilyintroduceshigh-speedlasercuttingandfinecutting,settingeachissue.Atlaster,bringquestionsandsolutionsofproblems.Keywordslaser

3、solid-statelasersgaslaserhigh-speedlasercuttingfinecutting[1]1．前言自从1967年Sullivan和Houldcraft[1]首先提出并实现用吹氧法进行金属的气体激光切割以来,激光切割以其切割范围广、切割速度高、切缝窄、切割面粗糙度低、热影响区小、热畸变小、加工柔性好、可实现众多复杂零件的切割等优点而成为现代工业应用中的第一大户。在美国、德国、日本等发达国家,因其汽车工业的发达而使用比例达以上[2]。2．激光的产生有些原子或离子的高能级或次高能级却有较长的寿

4、命，这种寿命较长的较高能级，称为亚稳态能级[3]，而这些亚稳态能级的存在时形成激光的重要条件。某些具有亚稳态能级结构的物质，在一定外来光子能量激发的条件下，会吸收光能，使处在较高能级（亚稳态）的原子（或粒子）数目大于处于低能级（基态）的原子数目，这种现象称为“粒子数反转”。在粒子数反转的状态下，如果有一束光子照射该物体，而光子的能量恰好等于这两个能级对应的能量差，这时就能产生受激辐射，输出大量的光能，从而产生激光。自然界中，能量的传递有三种方式：自发辐射、受激辐射、受激吸收。如图1所示，但只有第（2）种情况才有可能产生

5、激光。3．激光加工的基本设备激光器：把电能转变为光能，产生激光束。激光器电源：为激光器提供所需的能量及控制功能。光学系统：包括激光聚焦系统和和观察瞄准系统，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。机械系统：随着电子技术的发展，目前已采用计算机来控制工作台的移动，直线激光加工的数控操作。４．激光切割常用的激光器[3]固体激光器：一般采用光激励，能量转化环节多，光的激励能量大部分转化为热能，所以效率低。如图固体激光器结构示意图知，它包括工作物质、光泵、玻璃套管和滤光液、冷却水、聚光器及谐振腔等部分。气

6、体激光器：一般直接采用电激励，其效率高，寿命长，连续输出功率大广泛用于切割、焊接、热处理等加工，常用的有二氧化碳激光器、氩离子激光器等。如图所示二氧化碳激光器主要包括放电管、谐振腔、冷却系统和激励电源等。5.激光切割技术的应用5.1YAG激光高速切割技术玻璃的割断特性[4]：有涂层切割由于玻璃是透明体，其表面不经处理即可用激光照射，光不被吸收而透过不全引起割断。因此，有必要在其表面涂上一层介质使其吸收能量。切割试验在以下条件下进行:激光连续输出、准确聚焦、工作的进行速度6.1inrn/s、试样尺寸15(min)X32(

7、mm)X1.7mtn。从图可以看出涂层对割断的影响，工作台的进给速度与激光器功率间成线性关系。直线以下区域不产生割断，直线以上区域的条件下可以产生割断。由图可知，若提高进给速度为产生割断则必须提高激光功率。图显示从黑到蓝割断所需功率逐渐变大。这可认为与激光的吸收状态有关。在红色涂层条件下，可能是由于光吸收小而不能实现割断。无涂层割断对于磨砂玻璃这样的经过研磨的非光滑面的玻璃板，即使不施以涂层也可以进行切割。图3表示了对试片端部通过研磨进行倒角的试件，照射激光后的裂纹状态(将观察结果进行模式图化)。从图3可以了解到随着激

8、光的扫描，裂纹在试片端部瞬时产生(裂纹的产生过程)，然后跟随激光束裂纹扩展(裂纹的扩展过程)。由此实验可知，割断是由经裂纹的产生和扩展两个过程而完成的。这个实验结果也说明了即使不用表面涂层也可以实现割断5.2激光精细切割技术血管内支架的激光精细切割技术[5-6]血管内支架放置术是一种侵入性小的治疗方法,而且成功率高、并发症低,是动