先进切削技术激光加工

先进切削技术激光加工第一页，共二十八页，2022年，8月28日

将具有高能量密度的，能被聚焦到微小空间的激光用于加工的方法叫激光加工。激光是20世纪人类最伟大的发明之一，现在已广泛应用于工业、军事、科学研究与日常生活中。激光加工主要涉及：激光焊接、激光切割、激光打标、激光雕刻等．第一节：前言第二页，共二十八页，2022年，8月28日

激光焊接第三页，共二十八页，2022年，8月28日激光切割第四页，共二十八页，2022年，8月28日激光雕刻第五页，共二十八页，2022年，8月28日

在发达国家我国与发达国家美国德国日本10%医疗及激光检测技术加工设备差距第六页，共二十八页，2022年，8月28日

1．激光功率密度大，可加工熔点高、硬度大和质脆的材料(如陶瓷、金刚石等)；2.激光头与工件不接触，不存在加工工具磨损问题；3.工件不受应力，不易污染；4.可以对运动的工件或密封在玻璃壳内的材料加工；第二节：激光加工技术的主要应用激光加工的优点：第七页，共二十八页，2022年，8月28日

5.激光束的发散角可小于1毫弧，光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和飞秒(是一秒的千万亿分之一),同时,大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至十千瓦量级，因而激光既适于精密微细加工,又适于大型材料加工；

6.激光束容易控制,易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合，实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度；

7.在恶劣环境或其他人难以接近的地方，可用机器人进行激光加工。第八页，共二十八页，2022年，8月28日激光打孔指激光经聚焦后作为高强度热源对材料进行加热，使激光作用区内材料融化或气化继而蒸发，而形成孔洞的激光加工过程。特别适于打微孔和异形孔,孔径约为0.005～1毫米。1、激光打孔第九页，共二十八页，2022年，8月28日

激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。与传统的板材加工方法相比,激光切割其具有高的切割质量、高的切割速度、高的柔性(可随意切割任意形状)、广泛的材料适应性等优点。2、激光切割与刻字第十页，共二十八页，2022年，8月28日

（1）激光熔化切割在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助气流把熔化的材料喷射出去。（2）激光火焰切割激光火焰切割使用氧气作为切割气体。借助于氧气和加热后的金属之间的相互作用，产生化学反应使材料进一步加热。（3）激光气化切割在激光气化切割过程中，材料在割缝处发生气化，此情况下需要非常高的激光功率。第十一页，共二十八页，2022年，8月28日

激光雕刻加工是利用数控技术为基础，激光为加工媒介。加工材料在激光照射下瞬间的熔化和气化，达到加工的目的。第十二页，共二十八页，2022年，8月28日

采用中、小功率激光器除去电子元器件上的部分材料，以达到改变电参数（如电阻值、电容量和谐振频率等）的目的。3、激光微调第十三页，共二十八页，2022年，8月28日激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。4、激光焊接第十四页，共二十八页，2022年，8月28日激光焊接密封焊第十五页，共二十八页，2022年，8月28日激光表面强化技术的优点1.表面熔化时一般不添加任何金属元素，熔凝层与材料基体形成冶金结合。

2.在激光熔凝过程中，可以排除杂质和气体，同时急冷重结晶获得的材料有较高的硬度、耐磨性和抗腐蚀性。

3.其熔层薄、热作用区小，对表面粗糙度和工件尺寸影响不大。有时可不再进行后续磨光而直接使用。

5、强化处理第十六页，共二十八页，2022年，8月28日

综合激光技术的优点，把激光技术应用于刀具材料表面强化处理，将是提高刀具耐磨性及其使用寿命的重要途径之一，尤其对于陶瓷、硬质合金刀具这种高硬度、耐热性好等优点，有利于提高加工效率和加工精度，并能对难加工材料如淬火钢在不利的加工条件下进行切削加工。由于它们强度相对较低，韧性较差，严重地限制了它们的应用范围，因此把激光表面强化技术应用于陶瓷、硬质合金刀具具有深刻的研究意义和广阔的应用前景。第十七页，共二十八页，2022年，8月28日传统清洗方法机械清洗法化学清洗法超声波清洗法集成电路硅基片的加工清洗精度要求？微米级(0.5μm以下)污染粒5、激光清洗技术激光清洗技术第十八页，共二十八页，2022年，8月28日脉冲式的Nd:YAG激光清洗的过程依赖于激光器所产生的光脉冲的特性，基于由高强度的光束、短脉冲激光及污染层之间的相互作用所导致的光物理反应。其物理原理可概括如下：1)激光器发射的光束被需处理表面上的污染层所吸收。2)大能量的吸收形成急剧膨胀的等离子体（高度电离的不稳定气体），产生冲击波。3)冲击波使污染物变成碎片并被剔除。第十九页，共二十八页，2022年，8月28日第三节：激光加工设备的发展动向1、半导体激光加工机迅速进入工业应用市场

近几年来，随着高功率半导体激光器(LD)和半导体激光器阵列(LDA)的发展，光纤耦合模块技术和光束变换技术的成熟以及LD和LDA价格的下降，用半导体激光进行材料加工已成为国际上一个重要的研究热点。第二十页，共二十八页，2022年，8月28日光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来：在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光振荡输出。2、光纤激光器第二十一页，共二十八页，2022年，8月28日2004年12月3日，烽火通信继推出激光输出功率达100W以上的双包层掺镱光纤后，经过艰苦的攻关再创佳绩，将该类新型光纤的输出功率成功提高至440W，达到国际领先水平。2012年，国内首台拥有自主知识产权的1000W工业级光纤激光器在西安诞生。第二十二页，共二十八页，2022年，8月28日

光纤激光器与其它激光器的比较第二十三页，共二十八页，2022年，8月28日

多种热源的复合激光加工机

近年来，国际上兴起研究多种热源的复合激光加工技术已取得进展。这种技术可以充分利用激光束的特性和其他热源的特点，可以明显提高加工精度、速度、效率和质量。正在发展的这类复合激光加工技术设备有：(1)激光一电弧复合热源焊接技术系统，具有高效、可焊性好等优点。(2)激光一等离子弧枪-CNC数控铣集成工作头，用该集成工作头进行复合激光熔覆和层片式激光制造金属零件的研究；(3)激光辅助滚压对接技术系统，例如研究通过激光加热，将纯铝连接到中钢上的可行性。第二十四页，共二十八页，2022年，8月28日

激光微加工机

国际上超短脉冲激光器发展迅速，目前这种激光器的脉冲宽度已达到飞秒级，最窄为5fs，而峰值功率可达百万亿瓦。随着这类飞秒激光器的稳定性、可靠性的提高以及微加工工艺技术的成熟，激光微型加工系统正在迅速进入各工业应用领域，尤其在微电子、光电子元器件和光机电一体化的制造业中发挥重要作用。第二十五页，共二十八页，2022年，8月28日飞秒激光器武汉研制出国内首个自主知识产权光纤飞秒激光器，其超高精度色散管理技术被评为2012年美国光学学会全球六大创新技术，是中国高科技企业有史以来首次入选。光纤飞秒激光器是未来超快激光领域的发展方向，预计在未来5—10年内将全面取代固体激光器。第二十六页，共二十八页，2022年，8月28日

把激光器与计算