鐳射加工技術論文

　　鐳射加工就是利用其所具有的輸出光線的高指向性和高能量，進行微小孔及狹縫等的精密加工、切割、微細焊接等。下面是小編整理了，有興趣的親可以來閱讀一下!

　　篇一

　　談機械製造鐳射加工技術

　　摘要：鐳射加工就是利用其所具有的輸出光線的高指向性和高能量，進行微小孔及狹縫等的精密加工、切割、微細焊接等。鐳射有固體鐳射、液體鐳射和氣體鐳射等。目前，作為加工用的以固體鐳射為最好。

　　關鍵詞：機械 製造 鐳射 加工 技術

　　鐳射是通過入射光子使亞穩態高能級的原子、離子或分子躍遷到低能級受激幅射***不是自發幅射***時發出的光，也可解釋為“光受激幅射後發射加強”。它是由於受激發射的發光放大現象。鐳射具有單色性好、方向性強、能量高度集中等特性，因此在軍事、工農業生產和科學研究的很多領域中得到了廣泛應用。鐳射加工就是利用其所具有的輸出光線的高指向性和高能量，進行微小孔及狹縫等的精密加工、切割、微細焊接等。鐳射有固體鐳射、液體鐳射和氣體鐳射等。目前，作為加工用的以固體鐳射為最好。

　　鐳射加工具有以下特點：鐳射加工不需要加工工具，所以不存在工具損耗問題,很適宜自動化連續操作，可以在大氣中進行。功率密度高，幾乎能加工所有的材料，如果是透明材料***如玻璃***，只要採取一些色化和打毛措施，仍可加工。加工速度快，效率高，熱影響區小。因不需要工具，又能聚焦成極細的光束，所以能加工深而小的微孔和窄縫***直徑可小至幾微米，深徑比可達10以上***，適合於精微加工。可通過透明材料***如玻璃***對工件進行加工。

　　1、鐳射器

　　1.1 氣體鐳射器

　　通常用二氧化碳鐳射器。

　　二氧化碳鐳射器的鐳射管內充有二氧化碳，同時加進一些輔助氣體，這些輔助氣體有助於提高鐳射器輸出功率。二氧化碳鐳射器是目前氣體鐳射器中連續輸出功率最大、能量轉換效率最高的一種鐳射器，能以大功率連續輸出波長10.6的鐳射，而且方向性、單色性及相干性好，能聚焦成很小的光斑。缺點是裝置體積大，輸出瞬時功率小，而且是看不見的紅外光，調整光束位置不方便。

　　1.2 固體鐳射器

　　包括紅寶石鐳射器、釔鋁石榴石鐳射器、釹玻璃***摻釹的鹽酸玻璃***鐳射器等。固體鐳射器的特點是體軹小，輸出能量大，可以打較大較深的孔;但其能量轉換效率低，製造較難,成本高。而二氧化碳鐳射器則具有造價低,結構簡單,工作效率高，打孔質量好等優點;不足是體積大，佔地面積大。

　　2、影響鐳射加工的因素

　　鐳射主要用於各種材料的小孔、窄縫等微型加工，雖然也有生產率和表面粗糙度的要求，但主要是加工精度問題，如孔和窄縫大小、深度和幾何形狀等。因工藝物件的最小尺寸只有幾十微米，所以加工誤差一般為微米級。為此，除保證光學系統和機械方面精度外，還有光的特殊影響。

　　2.1 輸出功率與照射時間

　　鐳射輸出功率大，照射時間長，工件所獲得能量大。當焦點位置一定時，鐳射能量越大， 加工孔就大而深，錐度小。照射時間一般為幾分之一至幾毫秒。鐳射能量一定時，照射時間太長會使熱量傳散到非加工區;時間太短則因能量密度過大，蝕除物的高溫氣體噴出，也會使鐳射使用效率降低。

　　2.2 焦距與發散角

　　發散角小的鐳射束，經短焦距的聚焦物鏡以後,在焦面上可以獲得更小的光斑及更高的功率密度。光斑直徑小，打的孔也小,且由於功率密度大，打出的孔不僅深，而且錐度小。

　　2.3 焦點位置

　　焦點位置低，透過工件表面的光斑面積大，不僅會產生喇叭口，而且因能量密度減小而影響加工深度。焦點位置太高，同樣，工作表面尖斑大，進入工件後越來越大，甚至無法繼續加工。鐳射的實際焦點在工件表面或略低於工件表面為宜。

　　2.4 光斑內的能量分佈

　　鐳射束經聚焦後，在焦面上的光點實際上是一個直徑為d的光斑，光斑內能量分佈不均。中心點的光強最大，離開中心點迅速減弱，能量以焦點為軸心對稱分佈，這種光束加工出來的孔是正圓形的。若鐳射束能量分佈不對稱，打出的孔也不對稱。

　　2.5 鐳射的多次照射

　　鐳射照射一次，加工孔的深度大約是孔徑的五倍左右，且錐度較大。鐳射多次照射，深度將大大增加，錐度減小，孔徑幾乎不變。但是，孔加工到一定深度後，由於孔內壁的反射、透射以及鐳射的散射或吸收及丟擲力減小，排屑困難等原因，使孔前端的能量密度不斷減小，加工量逐漸減少，以致不能繼續加工。

　　第一次照射後打出一個不太深而且帶錐度的孔;第二次照射後，聚焦光在第一次照射所打的孔內發散，由於光管效應，發散的光在孔壁上反射的下深入孔內，因此第二次照射後所打出的孔是原來孔形的延伸，孔徑基本上不變。多次照射的焦點位置固定在工件表面，不向下移動。

　　2.6 工件材料

　　各種工件材料的吸收光譜不同，經透鏡聚焦到工件上的鐳射能量不可能全部被吸收，有相當一部分能量被反射或透射散失，吸收效率與工件材料吸收光譜及鐳射波長有關。在生產實踐中，應根據工件材料的效能***吸收光譜***選擇鐳射器。對於高反射和透射率的工件表面應作打毛或黑化處理,增大對鐳射的吸收效率。

　　3、鐳射加工的應用

　　3.1 鐳射打孔

　　利用鐳射打微型小孔，目前已應用於火箭發動機和柴油機的燃料噴嘴加工、化學纖維噴絲頭打孔、鐘錶及儀表的寶石軸承打孔、金剛石拉絲模加工等方面。

　　鐳射打孔不需要工具，適合於自動化連續打孔。採用超聲調製的鐳射打孔，是把超聲振動的作用與鐳射加工複合起來。把鐳射諧振腔的全反射鏡安裝在超聲換能器變幅杆的端面上作超聲振動，使輸出的鐳射尖鋒波形由不規則變為較平坦排列，調製成多個尖鋒鐳射脈衝。由此可以增加打孔深度，改善孔壁粗糙度和提高打孔效率。

　　3.2 鐳射切割

　　鐳射切割具有如下特點：***1***可以用來切割各種高硬度、高熔點的金屬或非金屬材料。***2***切縫窄，可以節省貴重材料***如半導體材料等***。***3***速度快，成品率高，質量好。目前，鐳射切割已成功應用於半導體材料、鈦板、石英、陶瓷等材料的切割加工中。

　　3.3 鐳射焊接鐳射焊接與鐳射打孔的原理稍有不同

　　焊接時不需要那麼髙的能量密度，使工件材料氣化、蝕除，只需將工件加工區燒熔粘合在一起。因此，鐳射焊接所需的能量密度較低，通常可用減小鐳射輸出功率來實現。

　　脈衝輸出的紅寶石鐳射器和釹玻璃鐳射器適合於點焊;而連續輸出的二氧化碳鐳射器和YAG鐳射器適合於縫焊。

　　鐳射焊接過程迅速，被焊材料不氧化，熱影響區小，適合於熱敏感元件焊接。

　　參考文獻

　　[1]哈爾濱工業大學,上海工業大學.機床夾具設計***第二版***.上海:上海科學技術出版社,1989.

　　[2]劉文劍等.夾具工程師手冊.哈爾濱：黑龍江科學技術出版社,1992.

　　[3]李慶壽.機床夾具設計.北京:機械工業出版社,1984.

　　[4]孔巴德.機床夾具圖冊.北京:機械工業出版社,1984.

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