本科课程论文
学 院 工程技术学院 专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 2010级
学 号
姓 名 __________________
指 导 教 师 邱兵 成 绩
题 目 激光加工技术的应用与发展
2012年 12 月 18 日
目 录
摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1 前言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2 激光加工的原理及特点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3
2.1激光加工的原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3
2.2激光加工的特点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 3激光加工的应用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
3.1激光切割„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 3.2激光焊接„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
3.3激光打标„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6
4.激光加工的发展„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6
5.结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7
激光加工技术的应用与发展
熊小强
西南大学工程技术学院
2012级机械设计制造及其自动化3班
摘 要：激光加工作为现代新型的的加工工艺，已经深刻的影响了机械制造业，对
新型装备的研制和生产起了举足轻重的作用。本文将详细的介绍激光加工技术的发展现状与未来的发展方向。同时阐述激光焊接、激光切割、激光打标等。激光加工在一些有特殊精度要求、特殊材料和特殊场合的加工方面有着不可替代的作用。
关键词：激光加工 应用 发展
1.前言
激光是一种因刺激产生辐射而强化的光。激光加工技术即利用激光与物质相互的特性对材料进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门技术。是20世纪60年代初发展起来的崭新的加工方法。激光不需要加工工具和特殊的环境、加工速度快、可控性好、对加工对象的材质、形状、尺寸等要求小，特别适用于自动化加工。其诸多优点使其广泛应用于电气与电子、机械工业、化工、轻工等工业部门。从激光加工的兴起到广泛应用，其加工技术也不断地发展，发挥着越来越重要的作用。
2.激光加工的原理及特点
2.1 激光加工的原理
激光具有一般光的共性，但更重要的是它的特性，即强度高、单色性好、相干性好、方向性好。科学家在电管中以光或电流的能量来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。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，引起一连串的连锁反应并且都朝同一个方向前进，进而形成集中地朝向某一方向的强烈光束。激光的这个特性表明其可以在一个狭小的范围内集中高能量，聚焦以后可以穿透各种材料。
2.2 激光加工的特点
(1)由于它是无接触加工，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的。
(2)它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性、及高熔点的材料。
(3)激光加工过程中无“刀具”磨损无“切削力”作用于工件。
(4)激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有影响或影响极小。因此，其热影响区小，工件热变形小后续加工量小。
(5)它可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。
(6)由于激光束易于导向、聚集实现作各方向变换，极易与数控系统配合对复杂工件进行加工，因此是一种极为灵活的加工方法。
(7)使用激光加工，生产效率高，质量可靠，经济效益好。
3.激光加工的应用
激光加工的应用激光加工的应用激光加工的应用现状现状现状现状 激光加工是激光应用最有发展前途的领域，现在已开发出20 多种激光加工技术。激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，特别适用于自动化加工。 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，已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。目前已成熟的激光加工技术包括：激光切割技术、激光焊接技术、激光打标技术、激光快速成形技术、激光打孔技
术、激光去重平衡技术、激光蚀刻技术、激光微调技术、激光存储技术、激光划线技术、激光清洗技术、激光热处理和表面处理技术。这里将简单介绍三种加工技术：切割、焊接与打标。
3.1激光切割
激光切割时，激光头喷嘴离工件的距离变化和入焦量对切口质量有重要影响，喷嘴离工件太远将使切缝加宽，粗糙度提高，距离太近喷嘴很容易与工件发生碰撞。距离控制在离工件0.5-0.8mm 之间,切割后的表面质量较好。入焦量约1mm，可保证切口平整，获得良好的表面加工质量。切割过程中还添加与被切材料相适合的辅助汽体。钢切割时利用氧作为辅助汽体与熔融金属产生放热化学反应氧化材料，同时帮助吹走割缝内的熔渣。切割聚丙烯一类塑料使用压缩空气，棉、纸等易燃材料切割使用惰性汽体。进入喷嘴的辅助汽体还能冷却聚焦透镜，防止烟尘进入透镜座内污染镜片并导致镜片过热。大多数有机与无机材料都 可以用激光切割。在工业制造系统占有份量很重的金属加工业，许多金属材料，不管它是什么样的硬度，都可以进行无变形切割。当然，对高反射率材料，如金、银、铜和铝合金，它们是好的传热导体，因此激光切割很困难，甚至不能切割。激光切割可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。脉冲激光适用于金属材料，连续激光适用于非金属材料，后者是激光切割技术的重要应用领域。
3.2激光焊接
激光焊接技术具有溶池净化效应，能纯净焊缝金属，适用于相同和不同金属材料间的焊接。激光焊接能量密度高，对高熔点、高反射率、高导热率和物理特性相差很大的金属焊接特别有利。激光焊接，用比切割金属时功率较小的激光束，使材料熔化而不使其汽化，在冷却后成为一块连续的固体结构。随着我国工业经济的发展，特别是家电、汽车、计算机、通讯、医疗、航天等众多领域大量使用塑料材料，而且原先许多传统使用金属的零部件(汽车进气管、油箱、过滤器、医学上使用的流体输送系统等)也开始逐渐被塑料所代替，这些领域所使用的塑料材料不仅要求数量大，而且使用种类多，科技含量高，是塑料制品加工业中能获得高经济效益的最佳领域。因此，在塑料制品的加工过程中人们渴望一种更加快速、有效、干净的塑料焊接方式。由于材料和设备方面的进步，使激光焊接技术作为一种连接塑料制品的专门方法得到了生产厂家的认可，主要用于连接
敏感性塑料制品(含有线路板)、具有复杂几何形状的塑料件以及有严格洁净要求的塑料制品(医药设备)等等。激光焊接塑料的基本原理是，两种塑料在低压力下被夹紧在一起，激光穿过一个制品，然后被另外一个制品吸收，吸收激光能量的制品将光能转化为热能，在塑料的接触面熔化，形成一个焊接区。绝大多数本色的塑料和许多有色的半透明塑料都能被激光焊接，例如聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)和聚苯烯(PP)等材料。
3.3激光打标
光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记的一种打标方法。激光打标可以打出各种文字、符号和图案等，字符大小可以从毫米到微米量级，这对产品的防伪有特殊的意义。全固体紫外波段激光打标是近年来发展起来的一项新技术，特别适用于金属打标，可实现亚微米打标，已广泛用于微电子工业和生物工程。
4 激光加工的发展
激光加工、激光切割技术用于再制造业和应用于其他制造业一样，有其不可替代的优点，并优于其它加工技术。激光加工用于再制造业是由相变硬化发展到激光表面合金化和激光熔覆，由激光合金涂层发展到复合涂层及陶瓷涂层，从而使得激光表面加工技术成为再制造的一项重要手段。它主要是采用5KW~10KWCO2高功率激光器及其系统。 与国际上激光加工系统相比，我国的激光加工系统差距甚大，仅占全球销售额的2%左右。主要表现为：高档激光加工系统很少，甚至没有；主力激光器不过关，微细激光加工装备缺口较大，而这些领域我国的生产加工企业正在积蓄力量稳步进入，国内应用市场有很大发展空间。国内各类制造业接受了激光加工技术，它可使他们的产品增加技术含量，加快产品更新换代，采用它可达到“敏捷制造”的水平，满足市场对“个性化”产品的要求。 追踪世界激光产业发展，我们可看出其中所包含的几点趋势： 一是激光器研究向固态化方向发展，半导体激光器和半导体泵浦固体激光器成为激光加工设备的主导方向；二是激光技术对产品投入产出比和技术基础的优化作用更加明显，融合在
产品与服务中的技术含量越来越；三是激光技术与众多新兴学科相结合，更加贴近人们的日常生活；四是激光产业界并购盛行，各公司力争成为行业巨头。
5.结论
激光加工技术的发展,使传统加工技术孕育发生了新的奔腾.预测未来,激光加工技术将得到越来越普遍的应用,具有非常辽阔的市场远景,在国民经济和工业发展中发挥着日益重要的作用。我国在现代光制造发展方面，时机与挑战并存，我们要抓住时机，迎接光制造时期的到来。
参考文献
[1]陈江刘玉兰.激光再制造技术工程化应用[J].中国表面工程 2006,19(5)50-55.
[2]刘晋春陆纪培.特种加工[M].吉林吉林人民出版社1981.
[3]牟雪雷于磊甘露李世柱许世良.激光加工技术在农机制造中的应用及发展[J].农机化研究2011,33(6):249-252.
[4]李建新王绍理.激光加工工艺与设备[M].湖北湖北科学技术出版社,2008. [5]王家金.激光加工技术[M].北京中国计量出版社,1992.
[6]蒋亚宝. 激光加工的灵感与创新[J].金属加工热加工20088:11-13.
[7]刘晋春白基成郭永丰.特种加工[M].北京机械工业出版社2011.
本科课程论文
学 院 工程技术学院 专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 2010级
学 号
姓 名 __________________
指 导 教 师 邱兵 成 绩
题 目 激光加工技术的应用与发展
2012年 12 月 18 日
目 录
摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1 前言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2 激光加工的原理及特点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3
2.1激光加工的原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3
2.2激光加工的特点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 3激光加工的应用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
3.1激光切割„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 3.2激光焊接„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
3.3激光打标„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6
4.激光加工的发展„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6
5.结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7
激光加工技术的应用与发展
熊小强
西南大学工程技术学院
2012级机械设计制造及其自动化3班
摘 要：激光加工作为现代新型的的加工工艺，已经深刻的影响了机械制造业，对
新型装备的研制和生产起了举足轻重的作用。本文将详细的介绍激光加工技术的发展现状与未来的发展方向。同时阐述激光焊接、激光切割、激光打标等。激光加工在一些有特殊精度要求、特殊材料和特殊场合的加工方面有着不可替代的作用。
关键词：激光加工 应用 发展
1.前言
激光是一种因刺激产生辐射而强化的光。激光加工技术即利用激光与物质相互的特性对材料进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门技术。是20世纪60年代初发展起来的崭新的加工方法。激光不需要加工工具和特殊的环境、加工速度快、可控性好、对加工对象的材质、形状、尺寸等要求小，特别适用于自动化加工。其诸多优点使其广泛应用于电气与电子、机械工业、化工、轻工等工业部门。从激光加工的兴起到广泛应用，其加工技术也不断地发展，发挥着越来越重要的作用。
2.激光加工的原理及特点
2.1 激光加工的原理
激光具有一般光的共性，但更重要的是它的特性，即强度高、单色性好、相干性好、方向性好。科学家在电管中以光或电流的能量来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。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，引起一连串的连锁反应并且都朝同一个方向前进，进而形成集中地朝向某一方向的强烈光束。激光的这个特性表明其可以在一个狭小的范围内集中高能量，聚焦以后可以穿透各种材料。
2.2 激光加工的特点
(1)由于它是无接触加工，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的。
(2)它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性、及高熔点的材料。
(3)激光加工过程中无“刀具”磨损无“切削力”作用于工件。
(4)激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有影响或影响极小。因此，其热影响区小，工件热变形小后续加工量小。
(5)它可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。
(6)由于激光束易于导向、聚集实现作各方向变换，极易与数控系统配合对复杂工件进行加工，因此是一种极为灵活的加工方法。
(7)使用激光加工，生产效率高，质量可靠，经济效益好。
3.激光加工的应用
激光加工的应用激光加工的应用激光加工的应用现状现状现状现状 激光加工是激光应用最有发展前途的领域，现在已开发出20 多种激光加工技术。激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，特别适用于自动化加工。 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，已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。目前已成熟的激光加工技术包括：激光切割技术、激光焊接技术、激光打标技术、激光快速成形技术、激光打孔技
术、激光去重平衡技术、激光蚀刻技术、激光微调技术、激光存储技术、激光划线技术、激光清洗技术、激光热处理和表面处理技术。这里将简单介绍三种加工技术：切割、焊接与打标。
3.1激光切割
激光切割时，激光头喷嘴离工件的距离变化和入焦量对切口质量有重要影响，喷嘴离工件太远将使切缝加宽，粗糙度提高，距离太近喷嘴很容易与工件发生碰撞。距离控制在离工件0.5-0.8mm 之间,切割后的表面质量较好。入焦量约1mm，可保证切口平整，获得良好的表面加工质量。切割过程中还添加与被切材料相适合的辅助汽体。钢切割时利用氧作为辅助汽体与熔融金属产生放热化学反应氧化材料，同时帮助吹走割缝内的熔渣。切割聚丙烯一类塑料使用压缩空气，棉、纸等易燃材料切割使用惰性汽体。进入喷嘴的辅助汽体还能冷却聚焦透镜，防止烟尘进入透镜座内污染镜片并导致镜片过热。大多数有机与无机材料都 可以用激光切割。在工业制造系统占有份量很重的金属加工业，许多金属材料，不管它是什么样的硬度，都可以进行无变形切割。当然，对高反射率材料，如金、银、铜和铝合金，它们是好的传热导体，因此激光切割很困难，甚至不能切割。激光切割可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。脉冲激光适用于金属材料，连续激光适用于非金属材料，后者是激光切割技术的重要应用领域。
3.2激光焊接
激光焊接技术具有溶池净化效应，能纯净焊缝金属，适用于相同和不同金属材料间的焊接。激光焊接能量密度高，对高熔点、高反射率、高导热率和物理特性相差很大的金属焊接特别有利。激光焊接，用比切割金属时功率较小的激光束，使材料熔化而不使其汽化，在冷却后成为一块连续的固体结构。随着我国工业经济的发展，特别是家电、汽车、计算机、通讯、医疗、航天等众多领域大量使用塑料材料，而且原先许多传统使用金属的零部件(汽车进气管、油箱、过滤器、医学上使用的流体输送系统等)也开始逐渐被塑料所代替，这些领域所使用的塑料材料不仅要求数量大，而且使用种类多，科技含量高，是塑料制品加工业中能获得高经济效益的最佳领域。因此，在塑料制品的加工过程中人们渴望一种更加快速、有效、干净的塑料焊接方式。由于材料和设备方面的进步，使激光焊接技术作为一种连接塑料制品的专门方法得到了生产厂家的认可，主要用于连接
敏感性塑料制品(含有线路板)、具有复杂几何形状的塑料件以及有严格洁净要求的塑料制品(医药设备)等等。激光焊接塑料的基本原理是，两种塑料在低压力下被夹紧在一起，激光穿过一个制品，然后被另外一个制品吸收，吸收激光能量的制品将光能转化为热能，在塑料的接触面熔化，形成一个焊接区。绝大多数本色的塑料和许多有色的半透明塑料都能被激光焊接，例如聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)和聚苯烯(PP)等材料。
3.3激光打标
光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记的一种打标方法。激光打标可以打出各种文字、符号和图案等，字符大小可以从毫米到微米量级，这对产品的防伪有特殊的意义。全固体紫外波段激光打标是近年来发展起来的一项新技术，特别适用于金属打标，可实现亚微米打标，已广泛用于微电子工业和生物工程。
4 激光加工的发展
激光加工、激光切割技术用于再制造业和应用于其他制造业一样，有其不可替代的优点，并优于其它加工技术。激光加工用于再制造业是由相变硬化发展到激光表面合金化和激光熔覆，由激光合金涂层发展到复合涂层及陶瓷涂层，从而使得激光表面加工技术成为再制造的一项重要手段。它主要是采用5KW~10KWCO2高功率激光器及其系统。 与国际上激光加工系统相比，我国的激光加工系统差距甚大，仅占全球销售额的2%左右。主要表现为：高档激光加工系统很少，甚至没有；主力激光器不过关，微细激光加工装备缺口较大，而这些领域我国的生产加工企业正在积蓄力量稳步进入，国内应用市场有很大发展空间。国内各类制造业接受了激光加工技术，它可使他们的产品增加技术含量，加快产品更新换代，采用它可达到“敏捷制造”的水平，满足市场对“个性化”产品的要求。 追踪世界激光产业发展，我们可看出其中所包含的几点趋势： 一是激光器研究向固态化方向发展，半导体激光器和半导体泵浦固体激光器成为激光加工设备的主导方向；二是激光技术对产品投入产出比和技术基础的优化作用更加明显，融合在
产品与服务中的技术含量越来越；三是激光技术与众多新兴学科相结合，更加贴近人们的日常生活；四是激光产业界并购盛行，各公司力争成为行业巨头。
5.结论
激光加工技术的发展,使传统加工技术孕育发生了新的奔腾.预测未来,激光加工技术将得到越来越普遍的应用,具有非常辽阔的市场远景,在国民经济和工业发展中发挥着日益重要的作用。我国在现代光制造发展方面，时机与挑战并存，我们要抓住时机，迎接光制造时期的到来。
参考文献
[1]陈江刘玉兰.激光再制造技术工程化应用[J].中国表面工程 2006,19(5)50-55.
[2]刘晋春陆纪培.特种加工[M].吉林吉林人民出版社1981.
[3]牟雪雷于磊甘露李世柱许世良.激光加工技术在农机制造中的应用及发展[J].农机化研究2011,33(6):249-252.
[4]李建新王绍理.激光加工工艺与设备[M].湖北湖北科学技术出版社,2008. [5]王家金.激光加工技术[M].北京中国计量出版社,1992.
[6]蒋亚宝. 激光加工的灵感与创新[J].金属加工热加工20088:11-13.
[7]刘晋春白基成郭永丰.特种加工[M].北京机械工业出版社2011.