激光是20世纪最伟大的发明之一，它被广泛应用于工业、军事、科研和日常生活中。激光有四个特性：高单色性、方向性、相干性和亮度。利用激光固有的四大特性，利用高能量密度的激光，聚焦到一个小空间内进行加工的方法称为激光加工。激光加工技术是集光学、机电一体化、材料和检测于一体的先进技术。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。目前通用激光加工采用了许多先进技术，具有多功能集成度高、实用性强、自动化程度高、操作简单、结果直观、加工过程动态同步跟踪显示、程序错误自动诊断、极限保护等功能。激光有许多特性，本文介绍如下：1 .定向发光普通光源向各个方向发光。为了使发出的光向一个方向传播，需要在光源上安装一定的聚光装置。比如汽车的大灯、探照灯等都装有具有聚光功能的反射镜，使辐射出来的光线能够被收集并向一个方向发射。激光器发出的激光自然是一个方向发射的，光束的发散度极小，只有0.001弧度左右，接近平行。2.极高的亮度在激光发明之前，人工光源中高压脉冲氙灯的亮度是最高的，与太阳的亮度相当，而红宝石激光器的激光亮度可以超过氙灯的数百亿倍。因为激光的亮度极高，可以照亮远处的物体。红宝石激光束在月球上产生的照度约为0.02勒克斯(照度单位)，颜色为鲜红色，激光光斑明显可见。如果用最强的探照灯照射月球，产生的照度只有万亿分之一勒克斯左右，人眼根本无法察觉。激光亮度高的主要原因是定向发光。在极小的空间内发射大量光子，能量密度自然极高。3.极纯光的颜色是由光的波长(或频率)决定的。某个波长对应某个颜色。发出单一颜色光的光源称为单色光源，它发出的光波具有单一波长。比如氪灯、氦气灯、氖灯、氢气灯等。都是单色光源，只发出某种颜色的光。单色光源虽然波长单一，但还是有一定的分布范围。比如氪灯只发出红光，号称单色性最高，波长分布范围还是0.00001 nm。所以氪灯发出的红光，如果仔细辨认，还是含有几十种红色。可以看出，光辐射的波长分布范围越窄，单色性越好。激光加工是激光应用中最有前途的领域，已经发展了许多激光加工技术。激光加工有以下特点：1。激光加工属于非接触加工，采用激光束进行加工，不与待加工工件直接接触，减少机械加工的惯性和机械变形，便于加工。同时还可以加工常规机械加工无法实现或难以实现的加工技术，如内部雕刻、集成电路微孔钻孔、硅片划线等。2.加工质量好，加工精度高，加工效率高。由于激光能量密度高，加工可以瞬间完成。与传统机械加工相比，工件热变形小，无机械变形，显著提高了加工质量；激光可以通过光学聚焦透镜聚焦，激光加工光斑很小，加工精度高，加工效率高。激光切割比常规机械切割能提高加工效率几十倍甚至上百倍。激光打孔，特别是微孔，比常规m可以提高效率几十到几千倍
激光加工具有优良的加工性能，使得激光加工技术得到广泛应用，产生了巨大的经济效益和社会效益。激光具有良好的空间可控性和时间可控性，对加工对象的材料、形状、尺寸和加工环境有很大的自由度，特别适合自动化加工。激光加工系统与计算机数控技术相结合，可以形成高效的自动化加工设备，成为企业实施适时生产的关键技术，为优质、高效、低成本的加工生产开辟了广阔的前景。目前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、激光快速成型技术、激光打孔技术、激光去重技术、激光刻蚀技术、激光切边技术、激光存储技术、激光划片技术、激光清洗技术、激光热处理和表面处理技术。在生产和生活中，激光在加工中有许多应用。下面简单介绍几种常见的激光加工技术。1.激光钻孔
激光打孔技术具有精度高、通用性强、效率高、成本低、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。激光打孔在微小孔加工中的应用，解决了一些传统机械加工无法解决的问题，为微小孔加工提供了先进的加工手段。目前，激光深微孔技术在发达国家已广泛应用于航空航天、汽车制造、电子仪器、化工等行业。目前，激光打孔在国内比较成熟的应用是在人造钻石和天然钻石的生产中，以及在钟表、仪表的宝石轴承、吃机刀片、多层印刷电路板等行业的生产中。
激光钻孔的特点：
1)激光打孔快速、高效、经济；
2)激光打孔可以获得大的深径比；
3)可在硬、脆、软材料上进行激光打孔；
4)激光打孔无刀具损耗；
5)激光可以在难加工材料的斜面上加工小孔；
6)激光打孔适用于数量大、密度高的群孔加工。另外，由于激光打孔过程不与工件接触，加工出来的工件干净无污染。因为这种打孔是一种蒸发式的非接触式加工工艺，消除了常规热丝打孔和机械打孔造成的残留，所以非常卫生。而且激光加工时间短，加工材料的氧化、变形和热影响面积小，不需要特殊保护。激光不仅可以为放置在空气中的工件钻孔，也可以为放置在真空或其他条件下的工件钻孔。目前，激光打孔正朝着多样化、高速化和更小孔径的方向发展。2.激光快速成型传统的工业成型技术大多遵循“去除法”，如车、铣、钻、磨、刨；其他的是通过模具形成的，比如铸造和冲压。激光快速成型技术综合了激光技术、CAD/CAM技术和材料技术的最新成果。根据计算机设计的零件三维图，直接制造模型。制作模型的方法是逐层添加材料。激光快速成型方法包括液态光敏聚合物的选择性固化、薄材料的选择性切割、伪装材料的选择性熔化和粉末材料的选择性烧结。激光快速成型技术广泛应用于模具制造，快速成型零件可以直接作为模具使用；以快速成型零件为母模，复制软模；快速成形零件的硬模具车削。利用快速原型技术制作模具，不仅可以避免复杂的机械切割，而且可以保证模具的精度，大大缩短模具制作时间，节约模具制作成本，特别是对于形状复杂、精度要求高的模具。该技术已广泛应用于航空航天、电子、汽车、家电等工业领域。然而，目前仍然存在一个缺点，即模具的使用寿命是相对众所周知的。即使是金属表面加硬背衬的模具也没有真正的金属模具长，所以快速成型模具更适合单件小批量生产。3.激光切割激光切割是利用激光束聚焦形成的高功率密度光斑，将材料快速加热到气化温度，蒸发形成小孔，然后使光束相对于材料移动，从而获得狭窄连续的狭缝。自20世纪80年代以来，它已被用于汽车车身制造。激光切割也广泛用于切割非金属材料，激光切割也广泛用于服装行业切割皮革和布料。4.激光焊接激光焊接是用足够功率密度的激光束照射在被焊材料表面，使其局部温度上升到熔点，被焊材料的接头熔化成液体，然后冷却凝固，这样两种材料就焊接在一起了。激光焊接技术的应用领域已经迅速扩展到航空航天、造船、机车制造、机械零件制造等领域。珠宝行业引入了激光焊接技术，改变了人们传统的珠宝设计思维模式。借助激光焊接技术，可以制作一些特殊结构的首饰款式。此外，激光焊接还广泛应用于钢铁行业，如硅板焊接、冷轧低碳钢焊接、钢管焊接等。5.激光标记激光标记技术是激光加工最大的应用领域之一。激光打标是一种利用高能量密度激光局部照射工件，使表面材料汽化或变色，从而留下永久性标记的打标方法，对产品的防伪具有特殊意义。激光加工系统与计算机数控技术相结合，可以形成高效的自动化加工设备，可以印刷各种文字、符号和图案。利用软件可以方便地设计打标图案和改变打标内容，以满足现代生产高效率、快节奏的要求。它可以实现亚微米标记，已广泛应用于微电子工业和生物工程领域。6.激光雕刻在激光技术中，激光雕刻技术比较常见。激光雕刻的实现主要利用激光束在表面的烧蚀效应、气化效应和光化学反应
7.激光热处理激光热处理是一种用高功率密度激光束对金属进行表面处理的方法。例如，当金属表面被加热到刚好低于熔点的临界转变温度时，其表面迅速奥氏体化，然后通过自冷快速淬火，金属表面得到快速强化，即激光相变硬化(激光淬火)。激光表面热处理技术包括激光相变硬化技术、激光涂层技术、激光合金化技术、激光冲击强化技术等。这些技术在改变材料的机械性能、耐热性和耐腐蚀性方面发挥了重要作用。激光处理后，铸铁表面硬度可达HRC60以上。中碳、高碳钢的表面硬度可达HRC70度以上，从而提高材料的耐磨性、抗疲劳性、抗氧化性和耐腐蚀性，延长其使用寿命。激光热处理技术与其他传统热处理如高频淬火、渗碳、渗氮相比，具有以下特点：1)不需要额外的材料，只改变被处理材料的表面结构。处理后的改性层有足够的厚度，深度可根据需要调整，一般可达0.1 ~ 0.8mm 2)处理层与墓体的结合强度高。激光表面处理后，改性层与基体材料之间存在致密的冶金结合，处理层表面为致密的金相组织，具有较高的硬度和耐磨性。3)被加工零件的变形极小。由于高激光功率密度和与零件的短相互作用时间，零件的热变形区和整体变化非常小。因此，适用于高精度零件加工。作为材料和零件的最终处理过程等。4)加工灵活性好，应用广泛。柔性导光系统可以将激光任意导向加工部位，便于加工深孔、内孔、盲孔和沟槽，还可以进行选择性局部加工。激光热处理因其明显的优势，解决了传统金属热处理无法解决或不易解决的技术难题，受到了国内外的高度重视，激光热处理发展迅速。激光热处理技术广泛应用于汽车工业，如气缸套、曲轴、活塞环、换向器、齿轮等零件的热处理，以及航空航天、机床工业等机械行业。8.激光精密加工激光因其优良的光束特性，自诞生以来就在工业加工领域发挥了非常重要的作用，并不断渗透到工业生产的各个领域。以其独特的优势成为未来制造业的重要加工手段，被誉为21世纪！加工技术。激光精密加工是使用高强度激光束。经光学系统聚焦后，激光束的功率密度达到104~1011W/cm2，工件放置在激光束焦点附近。工件的热加工是通过激光束与工件的相对运动来实现的，加工精度一般在几微米到几十微米。
激光束可以聚焦到很小的尺寸，所以特别适合精密加工。激光精密加工中使用的激光器是近年来普及的各种脉冲或调q固体激光器、半导体激光器、脉冲钕YAG激光器、光纤激光器和紫外激光器。各种脉冲激光具有聚焦光斑小、功率密度高、工件加热范围小、加工精度和定位精度高、热影响区小等优点。
未来激光加工的发展趋势。数控与多功能将激光与计算机数控技术、先进的光学系统和高精度、自动化的工件定位相结合，形成一个科研生产加工中心，将各种加工功能建立在一台机床上，如我国生产的JHM-IGY-400/SOOB多功能激光加工机。整机由激光器、激光电源、光学系统、二/四轴联动工作台、CNC控制系统、CCD监控系统、制冷系统、光纤传输系统、He-Ne激光指示系统和密闭气室装置等组成。具有焊接、切割、打孔、简单打标等多种功能，已成为激光加工发展的重要趋势。2.高频高可靠最近国外YAG激光器的重复频率已经达到每秒2000次，二极管阵列泵浦Nd:YAG激光器的平均维护时间从几百小时提高到10000-20000小时。中国虽然达不到这个水平，但也在朝这个方向努力。3.激光加工系统的小型化和集成化已成为激光加工的另一个发展趋势，可以通过多种工艺进行开发和生产。国外已将激光切割和模具冲压两种加工方式结合在一台机床上制成激光冲床，具有激光切割多功能、冲压速度快、效率高的特点，可完成切割复杂形状、打孔、打标、划线。我国激光加工产业起步晚，基础薄弱，技术无法与德、美、日等发达国家相比。特别是激光制造系统的光源落后。先进的薄片固体激光器都是国外生产的。如果我们想组装一台先进的激光机床，我们必须进口激光器，所以我们的激光工业将永远落后于别人。激光的产生、传输和控制是激光技术发展的前提。只有制造出高功率、高光束质量的激光制造系统，将研究与实际加工相结合，中国的激光技术才能发展。4.应用的普及随着激光精密加工设备成本的降低，激光精密加工技术将在更多领域得到更广泛的应用，实现激光产业与传统产业的紧密结合，用先进的激光制造技术改造传统产业。我国是制造业大国，制造业尤其是机械制造业是关系国计民生的重点行业。随着激光技术的快速发展，激光加工技术在机械制造领域的应用越来越广泛，越来越重要，影响也越来越大。激光技术在先进制造业中的应用，如激光快速定位、激光测量、激光成形、焊接、切割、打标、热处理等，必将引起机械制造业各个领域的全面变革。
审计刘清
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