激光加工技术与应用

1、激光加工技术及应用摘要：随着现代科技的不断发展以及社会的需求，对于工业上的要求在不断的 改变中，给特种加工技术难得的发展契机。激光加工是激光应用最有发展前途的 领域，目前已开发出20多种激光加工技术。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。关键字：激光，技术，自动化，工艺一、激光加工技术的种类及应用目前已成熟的激光加工技术包括：激光快速成形技术、激光焊接技术、激光 打孔技术、激光切割技术、激光打标技术、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

2、、激光热处理和表 面处理技术。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。激光制孔的最小孔径已达0.002mm，已成功地应用自动化六坐标激光制孔专 用设备加工航空发动机涡轮叶片、燃烧室气膜孔，达到无再铸层、无微裂纹的效 果。激光打孔技术具有精度高、通用性强、效率高、成本低和综合技术经济效益 显著等优点，已成为现代制造领域的关键技术之一。激光切割适用于由耐热合金、钛合金、复合材料制成的零件。目前薄材切割 速度可达15m/min，切缝窄，一般在0.11mm之间，热影响区只有

3、切缝宽的10% 20%，最大切割厚度可达45mm，已广泛应用于飞机三维蒙皮、框架、舰船船身板 架、直升机旋翼、发动机燃烧室等。激光切割技术可广泛应用于金属和非金属材 料的加工中，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。激光打标技术是激光加工最大的应用领域之一。激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量到微米量级，这对产品的防伪有特殊的意义。准分子激光 打

4、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。激光微调技术可对指定电阻进行自动精密微调，精度可达0.01%0.002%， 比传统加工方法的精度和效率高、成本低。激光微调包括薄膜电阻（0.010.6 微米厚）与厚膜电阻（2050微米厚）的微调、电容的微调和混合集成电路的微 调。激光存储技术是利用激光来记录视频、音频、文字资料及计算机信息的一种技术， 是信息化时代的支撑技术之一。激光划线技术是生产集成电路的关键技术，其划线细、精度高（线宽为15 25微米，槽深为5200微米），加工速度快（可达200毫米/秒），成品率可达99.5% 以上。激

5、光清洗技术的采用可大大减少加工器件的微粒污染，提高精密器件的成品率。激光热、表处理技术包括：激光相变硬化技术、激光包覆技术、激光表面合 金化技术、激光退火技术、激光冲击硬化技术、激光强化电镀技术、激光上釉技 术，这些技术对改变材料的机械激光退火技术是半导体加工的一种新工艺，效果比常规热退火好得多。激光 退火后，杂质的替位率可达到98%99%,可使多晶硅的电阻率降到普通加热退 火的1/21/3,还可大大提高集成电路的集成度，使电路元件间的间隔缩小到 0.5微米。二、激光加工技术的发展趋势1泛采用自动化技术，实现计算机数控化。充分利用计算机数控技术对特种 加工设备的控制系统、电源系统进行优化，建立

6、综合参数自适应控制装置和数据 库等，进而建立特种戛的CAD/CAM和FMS系统，这是当前特种加工技术的主要发 展趋势。2应用复合工艺和新工艺方法。现代高性能航空器的发展新型结构材料和高 精密复杂结构的大量采用，进一步加剧了结构工艺性的恶化，单一的特种加工方 法难以达到高精度、高质量、高效率和低成本综合技术与经济指标要求，因而进 一步加速开发和应用新型特种加工技术和由多种能源组成的复合工艺。目前由二 种能源复合的特种加工技术，如电解电火花加工(ECDM)、电解电弧加工(ECAM)、 电火花机械复合加工、机械超声波复合加工等复合工艺已成为国外国防工业和机 械工业着力发展的特种加工技术。由于复合工艺

7、可以扬长避短，经济高效，可 取得明显的技术经济效果，因此受到先进工业国家的工业部门的普遍关注。3力开展精密化研究。高技术的发展促使高技术产品在向小型化和精密化方 向发展，对产品零件的精度和表面粗糙度提出更高更严格的要求。如飞机惯性仪 表中关键零件的制造要求达到微米级以上。随着高新技术的发展，超精密加工技 术有了很大的发展，正从亚微米级向毫微米(10-9m)和纳米级(10-15m)发展。为 适应这一发展趋势的需要，以高能束流加工技术为代表的先进特种加工技术的精 密化研究引起工业界的高度重视。因此大力发展超精加工的特种加工技术是今后 相当长的时期内的重要发展方向国内70年代初已开始进行激光加工的应

8、用研 究，4重点开展无缺陷气膜小孔的激光加工及实时检控技术、高强铝(含铝锂、 铝镁)合金的激光焊接技术、金属零件的激光粉末烧结快速成型技术、激光精密 加工及重要构件的激光冲击强化等项目的研究。实现高温涡轮发动机气膜孔无缺 陷加工，可使叶片使用寿命达2000小时以上；以焊代替数控加工飞机次承力构 件，以及带筋壁板的以焊代铆；实现重要零部件的表面强化，提高安全性、可靠 性等，从而使先进的激光制造技术在军事工业中发挥更大的作用。综上所述，特种加工技术的地位越来越重要，已成为现代制造技术不可分割 的重要组成部分。因此，其发展和完善对整个快速制造体系的形成起着关键性的 作用。但由于长期以来对这一领域的研究过于分散，缺乏系统性，使得现有的很 多种特种加工方法远不能适应制造过程信息化的要求，很难纳入到快速制造系统 中。因此，有必要深入研究那些新型的特种加工工艺方法，探索高精度、高效率 复合及组合工艺技术，并选择应用广泛和具有代表性的特种加工方法，开展面向 快速制造的特种加工技术的研究。参考文献【1】张辽远，现代加工技术。北京：机械工业出版社，2008-7【2】宋威廉，现代激光技术的发展。北疆高等教育出版社，2007-3【3】醒