激光加工范文精选

【摘要】飞秒激光微加工技术作为一种新兴的加工技术，具有非接触、效率高、加工精度高、热效应小、损伤阈值低以及能够实现真正的三维结构微加工等传统技术无法比拟的诸多优点，其应用领域相当广泛。文章描述了飞秒激光加工透明材料时，激光能量沉积在光学趋肤层，热效应极小的特性。指出了目前打孔普遍利用激光的直写技术，针孔掩模加工技术可以改善孔形的事实。最后展望了飞秒激光微加工的研究方向。

【关键词】飞秒激光;微加工;打孔;阈值;优点;前景

Abstract：As a new processing technology，femtosecond laser micro processing technology has such advantages as non-contact，large efficiency，high precision，small heat effect，low damage threshold，and can realize the real three-dimensional structure of micro machining etc.which traditional technologies cannot compare with，resulting in a wide range of application.This article describes the characteristics that laser energy deposits on optical skin layer and thermal effect is very small when femtosecond laser machines transparent materials.It also points out the fact that currently the laser direct writing technology is commonly used for punching and pinhole mask technology can improve the holes’shape.Finally，it prospects the future research direction of the femtosecond laser micro processing.

Key words：femtosecond laser;micro processing;punching;threshold value;advantages;prospects

1.引言

激光是在粒子数反转情况下通过受激辐射放大产生的高亮度相干光束，其原理早在1916年就由物理学家爱因斯坦提出，但直到1960年，梅曼（T・Maiman）成功制造的第一台红宝石激光器问世[1]，量子光学才由理论研究发展到技术工程。随着各类激光器的出现，激光器的脉宽急剧缩小，峰值功率大幅提高，可调型和稳定性等优势逐渐凸显，飞秒激光在工业加工领域备受青睐，各界根据不同的需要将其广泛应用于微光学、微电子、微机械、微生物、微医学等领域。

2.飞秒激光脉冲技术

1976年，人们首次在染料激光器中实现了飞秒量级的激光脉冲输出[2]。20世纪90年代初，克尔透镜锁模飞秒钛宝石激光器使得飞秒激光技术获得了一次飞跃发展。2003年，N H Rizvi总结了飞秒激光对金属、玻璃、金刚石、陶瓷以及各种聚合物等材料的微加工进展情况，并论证了飞秒激光是一种优秀的微加工光源[3]。

目前，激光加工技术受到研究学者和工程师的广泛重视。在工程师的眼中，激光加工技术不但为制造业提供了一种全新的方式，而且具有高效、清洁、加工质量高、成本低的优势。研究人员更加关注激光加工过程中激光和材料之间相互作用的机理。目前应用最广泛的激光加工技术有激光切割、打孔、焊接和激光表面硬化、退火和合金化。以激光诱导刻蚀、材料沉积为代表的激光化学加工技术在微型机械、光电集成、半导体制造、传感器技术和化学工程等领域有着潜在的应用前景。并且，激光技术也越来越多地应用到生物技术、医疗、艺术品保存与修复等领域之中。本书主要介绍了激光物质相互作用的各方面的物理机制，其中，对激光诱导化学反应和激光材料之间在气-固、液-固、固-固界面之间的非稳态过程有着更为详尽的讨论。

全书共32章，分为7部分：第一部分，基础理论与综述，含第1-5章：1.简介；2.热、光物理、光化学过程；3.反应动力学和传质过程；4.成核和集群形成过程；5.激光类型、实验装置和激光能量分布。第二部分，温度场分布与表面熔化，含第6-10章：6.热力方程的一般解法；7.半无限大基底；8.无限大平板；9.非均匀介质；10.表面熔化。第三部分，材料去除类的激光加工，含第11-15章：11.气化和等离子体的形成；12.纳秒激光烧蚀；13.超短激光脉冲烧蚀；14.金属与绝缘体刻蚀；15.半导体刻蚀。第四部分，材料沉积类激光加工，含第16-22章：16.激光化学气相沉积；17.纤维的生长；18.激光直写技术；19.激光化学气相沉积薄膜制备技术；20.激光分子束外延薄膜制备技术；21.液相沉积与电镀；22.脉冲激光制备薄膜。第五部分，材料相变与结构形成，含第23-28章：23.激光清洗；24.扩散现象；25.激光熔覆、合金化；26.氧化和氮化；27.有机物质的加工；28.不稳定性和结构的形成。第六部分，等离子体和诊断技术，含第29-30章：29.诊断技术；30.材料分析与等离子体。第七部分，含第31-32章：31.激光技术在医药和生物领域的应用，32.艺术品的保存与修复。

本书向读者展示了激光技术在各领域的最新发展、研究前沿和发展方向，以及各种激光加工方式的应用及其局限性，适合和激光制造有关领域的研究生、教授和工程技术人员阅读。

刘昊，博士生

（中国科学院力学研究所）

[摘 要]激光加工技术是一种全新的无模具加工技术，将激光加工技术应用到金属材料加工工艺中，能够节省大量模具，缩短生产时间，减少生产成本，增加产品的精确度，是适应市场发展需要的新型工艺技术。激光加工技术在钣金加工工艺中具有很重要的位置，大大提高了金属加工工艺的劳动生产率，推动了金属加工工艺的发展。本文在此从激光加工技术的特点出发，对其在金属加工工艺中的应用做了详细的研究。

[关键词]激光；金属材料；工艺

中图分类号：TG665 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）18-0020-01

一、激光加工技术的特点

激光是一种相干光源，具有单色性、平行性和相干性的特点，能量密度高，方向性好。激光束聚焦在被加工材料表面的某一点时，激光的光能会瞬间转化为热能，产生上万摄氏度的高温，再坚硬的材料都会在瞬间达到熔点温度迅速熔化，温度再继续升高达到沸点，材料发生汽化，使得被切除的地方形成了一个小孔洞，被切除的余料在汽化过程中被蒸发掉，没有残余。激光加工材料的过程实际上是待加工材料局部因温度急剧迅速升高持续发生液化和汽化现象的过程。

激光加工技术可以实现传统的钣金加工方法难以完成的零件加工。当要在一个箱体较大的钢件上钻许多大小不一的孔时，传统钣金工艺方法无法做到，但激光加工技术就能够轻松完成。而且，在连续加工同样的零件时，激光加工技术比传统工艺技术的准确度更高，速度更快，市场竞争力更强。

在二维平面中，激光加工更有柔性。例如在使用激光切割机切割时，工件是固定的，切割机的割头是可移动的，这样不仅可以避免加工出现死角，提高加工材料的利用率，还能够简化加工设备。激光加工设备不是靠控制零件、设置模具或改变加工路线来进行加工的，而是由计算机系统整体控制来完成的，因此，激光加工工艺中不存在刀具的磨损、变形等问题，过程可以能够通过数控来完成，而且完成精度高，质量好。

二、激光加工技术在金属材料加工工艺中的应用

【摘要】激光加工技术的应用，缩短了钣金工艺的生产周期，改善了钣金工艺的产品质量。本文简要分析了激光加工技术的原理及特点，并对激光加工技术在钣金工艺中的五种应用进行了简单介绍。

【关键词】钣金工艺；激光；应用

剪板、冲裁、折弯都是传统的钣金工艺方法，使用这些方法加工时都离不开模具，往往在一个产品的生产过程中需要配备的模具有几十套上百套。大量使用模具，不仅增加了产品的时间成本和资金成本，而且模具本身的回弹效应，还会降低产品加工的精确度，影响产品的重复性，还不利于生产工艺的变更，不利于生产效率的提高。随着市场竞争压力的增大，传统钣金工艺已不能够满足市场的需求，急需一种新型的加工方法来改变这种局面。激光加工技术是一种全新的无模具加工技术，将激光加工技术应用到钣金工艺中，能够节省大量模具，缩短生产时间，减少生产成本，增加产品的精确度，是适应市场发展需要的新型工艺技术。

1.激光加工技术的特点

激光是一种相干光源，具有单色性、平行性和相干性的特点，能量密度高，方向性好。激光束聚焦在被加工材料表面的某一点时，激光的光能会瞬间转化为热能，产生上万摄氏度的高温，再坚硬的材料都会在瞬间达到熔点温度迅速熔化，温度再继续升高达到沸点，材料发生汽化，使得被切除的地方形成了一个小孔洞，被切除的余料在汽化过程中被蒸发掉，没有残余。激光加工材料的过程实际上是待加工材料局部因温度急剧迅速升高持续发生液化和汽化现象的过程[1]。

激光加工技术可以实现传统的钣金加工方法难以完成的零件加工。当要在一个箱体较大的钢件上钻许多大小不一的孔时，传统钣金工艺方法无法做到，但激光加工技术就能够轻松完成。而且，在连续加工同样的零件时，激光加工技术比传统工艺技术的准确度更高，速度更快，市场竞争力更强。

在二维平面中，激光加工更有柔性。例如在使用激光切割机切割时，工件是固定的，切割机的割头是可移动的，这样不仅可以避免加工出现死角，提高加工材料的利用率，还能够简化加工设备。激光加工设备不是靠控制零件、设置模具或改变加工路线来进行加工的，而是由计算机系统整体控制来完成的，因此，激光加工工艺中不存在刀具的磨损、变形等问题，过程可以能够通过数控来完成，而且完成精度高，质量好。

2.钣金工艺中的激光加工技术

摘 要：157nm激光是近年新发展起来的一种光刻工具。由于157nm激光是波长较短的激光，其光子能量大，可直接应用于超硬的陶瓷和半导体材料的化学结构体。具有产热量小，加工分辨率小的特点，适用于制作精细的二维图形以及三维图形。目前，157nm激光的工艺原理以及工艺研究比较薄弱。本文主要针对157nm激光微加工工艺过程进行探究，并针对其存在的问题做简要的分析。

关键词：157nm激光；微加工；工艺过程

准分子激光主要的结构形态是基态、低能态、以及激发态。基态能级是激光下能级。由于基态为排斥态或者说是弱束缚态，很不稳定。激发态为束缚态，比基态稳定[1]。而准分子激光现已广泛应用到工业领域，如微电子器件的光刻，光纤光栅的植被等。157nm激光是准分子激光在近十年一项重要突破，属于一种新兴的刻蚀工具，并且在部分领域已被应用。157nm激光是波长极短的深紫色激光，且进行微加工时操控难度大。随着激光技术的不断成熟，157nm激光对非金属材料的光刻越来越重要。

1.157nm激光微加工工艺

1.1 157nm激光微加工系统

准分子激光微加工系统可以分为六个部分，如下图所示可知，准分子激光器、控制系统、光路系统、精密微动工作台以及其控制器是主要的组成部分。激光微加工中最主要的组成部分是光路系统，主要作用于光束的处理以及调整，进而控制着光斑的质量和加工分辨率。此外，准分子激光器是由三部分组成，即工作物质、谐振腔、激励源。激光器主要控制激光束的输出特性。而加工精度则由控制系统主导。精密微动工作台及控制器用来控制加工试件的运动，对加工的表面面貌进行控制。激光微加工分为掩膜形式和直写加工方式两大类。其中聚焦直写加工方式主要包括移动工作台的方式、振镜扫描的方式和声光调制器扫描的方式。它能使焦点减小到最小值，并按照一定的预定控制方式，使激光的刻蚀光斑与被加工试件产生相对运动，加工出需要的图像和结构。

1.2 157nm激光微加工神经系统

神经网络系统是由大量简单的处理单元连接而成的复杂网络系统。这些简单的处理单元包括神经元、处理元件、光电元件等它。与传统的专家系统不同，其特有的拓扑结构和处理信息的方法能够解决激光微加工中的一些难题。其具有良好的自主学习能力以及非现映能力。在智能控制、自动识别目标、信号处理等方面被广泛应用。由此可见，建立基于神经网络的157nm激光微加工神经网络，能更好的指导机理研究和微加工刻蚀工艺而在建立激光微加工的神经网络模型时，主要分为层数的选择、输入输出神经元数的确定、隐含层神经元数的确定几个步骤。

摘要:激光是一种特殊的光，具有单色性、相干性的特点。激光材料加工技术是将激光聚焦到材料表面，在被加工部件表面形成局部的高温，达到对零部件加工的目的。激光材料加工技术包括激光切割、激光焊接等技术，在汽车制造等领域发挥了不可替代的作用。激光材料加工技术具有加工效率高，精度高的优点，有力地推动了工业制造行业的发展。

关键词:激光技术;金属材料;加工工艺;应用

引言

随着科技水平的进步，工业制造过程中对高精度金属材料的需求越来越高。如何快速有效地加工出具有特殊结构的金属材料成为摆在金属加工领域的一道难题。激光是一种特殊的光，与普通的光源相比具有单色性、相干性和方向性。近年来激光技术得到了迅速的发展，已经广泛应用到科学研究及工业实践中。激光加工技术是一种先进的材料加工技术，经过长期的发展和经验积累，激光加工技术已经逐渐成熟并得到广泛的应用。

1激光材料加工技术的原理

激光材料加工时利用激光的单色性、相干性和平行性的特点，将激光聚焦到需要切割或焊接的点上，在材料的局部形成高温［1］。激光材料加工通常需要利用一组透镜或者反射镜片将激光束聚焦到需要加工的弓箭表面上，达到所需要的功率密度。通过合理地选择和调节加工透镜对激光功率进行调控。为了达到要求的几何形状的激光光束，可以相应地选择特定的加工透镜进行调节。通过改变光束的特性可以实现简单的加工形状例如点状、环形灯;而复杂的几何加工形状需要通过全息照相成像系统来进行调节。功率密度是激光材料加工工艺中一个非常重要的工艺参数，它决定了材料加工的质量和速度，不同的加工要求需要选择不同的功率密度参数。较低的功率密度适用于对材料的热处理，例如退火、表面合金化和焊接等。而较高的功率密度则适用于对材料的切割、打孔及表面非晶质化的加工。

2激光材料加工技术在金属材料加工中的具体应用

2．1激光切割激光切割技术是利用聚焦镜将激光束聚焦在被加工材料的表面，利用激光产生高温使材料融化。同时利用与激光光束同方向的压缩空气将熔化材料吹走，使激光束在被加工材料上沿着一定的轨迹运动，形成具有特定形状的切缝。激光切割技术是应用最广泛的一种激光加工技术，可以应用到多种材料如有机玻璃、木材、塑料、合金钢和碳钢的加工。在计算机程序控制下，通过脉冲使激光器放电，从而形成高密度的能量光斑，瞬间熔化或气化被加工材料。激光切割的切割精度很高，定位精度可以达到0．05mm，重复定位精度0．02mm，同时切割速度可以达到70m/min，远远大于线切割的切割速度［2］。2．2激光焊接根据焊接对象的不同激光焊接分为深熔焊接和传导焊接，它们主要用于机械制造和电子电气行业的焊接工作。激光焊接技术在汽车制造领域得到了大规模的应用，为整个行业的发展提供了有力的支撑。激光焊接技术可以满足汽车传动系统中70%的零部件的焊接需求，与其他传统的焊接方式相比，激光焊接的工作成本低廉，焊接效果较好。此外，激光焊接还可应用于组合件的焊接工作中。通过组合件的焊接，不仅提高了零部件的性能，还可以降低汽车的重量，优化汽车的整体性能。此外激光焊接还广泛应用于刀具、刃具等器材的制造中。

【中图分类号】TH16 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）04-0228-01

一、前言

目前，我国汽轮发电机定子机座的加工中，粗杆车镗床（大头车）是较为常见的主要加工设备。但随着汽轮发电机整机容量与尺寸的增大，受主轴伸出长度限制，车镗床单独加工通常无法保证机座加工的找正精度。通常都使用其他机床进行辅助找正，因此其他机床一旦进入维修状态，将直接影响车镗床加工。为了保证车镗床加工，通过多方了解和全面分析，提出了基于使用一种新型的激光找正仪的新找正工艺。

下面将着重对激光找正仪工作原理、找正方法进行介绍，实际使用过程中出现的问题进行分析，根据实际情况找到一种最有利于定子机座加工的方法。

二、激光找正仪介绍

激光找正仪由激光发射器和接收器组成，显示单元为电池供电，可以存储数据并可以将数据传送到PC机或打印机上。

激光发射器由三个带磁力的刚性支撑杆，支撑杆可调节以适应不同直径的测量对象。坚固的设计可以保证最高的测量精度。激光束可以非常简便地在坐标定位器上进行水平和垂直方向的微调。接收装置由光束接收器和固定支架组成。

三、激光找正仪测量同心度的方法

本文结合YAG固体激光切割机设备的特点，设计了激光夹具。在加工过程中对激光加工参数的选择进行了正交试验，通过切割试片比较及理化检测的方式制定了合理的激光加工工艺参数，并对加工中易出现的问题给出了相应的解决办法，最终完成零件的加工。

一、引言

激光切割加工是通过激光束聚焦成很小的光点，使焦点处获得高密度的光束能量，当照射到工件表面的时候，使工件材料在瞬间熔化甚至气化，随着光束与材料间的相对移动，形成宽度很窄的切缝，并通过辅助气体将残渣吹走的一种加工方法。激光加工具有精度高、切缝窄、切割面光滑、速度快、切割表面质量好、切割变形极小甚至可以达到无变形的优点。

与普通零件相比，钣金件属于一种比较特别的零件，它的主要工艺流程包括成型、冲压和机械加工等，而机械加工又是影响钣金件生产效率的重要工艺过程，采用传统的生产方法不仅生产周期长、效率低，而且由于在加工过程中工件极易变形，因此产品质量也无法保证。根本无法适应市场竞争。因此，必须为钣金件的加工引入一些先进的生产技术，如等离子弧切割加工、线切割加工、高压水切割以及激光切割等。

二、零件简介

1.整流罩材料及机械加工性能分析

整流罩零件的材料为NC22Fe，相当于国内的材料牌号GH536，属于镍基高温合金。其主要化学成分如表1所示。

镍基高温合金由于在加工过程中，工件表面变硬，加工过程会产生很大的应力，使零件极易产生变形。因此在车削过程中，车刀必须具有正前角，避免发生挤压过程，刀具材料推荐选择硬质合金刀具。在普通切割状态下一般选择硫化油作为切削液来提高、防止粘刀；而在高速车削、铣削状态下则选用水基切削液来提高冷却效率。在铣削过程中，刀具材料推荐选择高速钢刀具，选择刚性较好的夹具、机床。在开始铣削时应避免采用顺铣的铣削方式。在钻削过程中，刀具材料推荐选择高速钢钻头，并选择短钻头，尽可能使用钻模进行加工，装夹要保证具有一定的刚性，加工时使用固定的速率。

【摘要】因为激光的加工技术的优点是生产的效率极高、加工的质量极好、适用的范围很广等，所以越来愈多的人希望在很多的领域中使用激光加工技术。本文介绍其相关的理论，重点论述其发展和应用。

【关键词】激光加工技术 相关理论 发展 应用

一、前言

近年来重大的发明之一是激光技术。随着社会经济的快速发展，把激光器当成基础的激光加工的技术得到了快速发展。目前其正在被广泛应用在生产、通讯、医疗、军事及科研等多种领域。并且在这些领域都取得了非常好的经济与社会的效益，是我国未来经济的发展的关键。

二、激光加工技术相关理论

笔者认为，了解与应用激光加工技术需要对其相关理论深入的研究。以下笔者从其原理和特点来介绍激光加工技术。

（一）原理

激光加工能够获得极高的能量密度与极高的温度是因为采用的光学系统能够让激光聚焦成为一个非常小的光斑，在这样的高温下，每种坚硬的材料都会被瞬间熔化与气化，然后熔化物被气化而产生的蒸汽压力推动，以很高的速度喷射出来，从而实现了对工件加工的特种加工方法。

摘要：激光加工就是利用其所具有的输出光线的高指向性和高能量，进行微小孔及狭缝等的精密加工、切割、微细焊接等。激光有固体激光、液体激光和气体激光等。目前，作为加工用的以固体激光为最好。

关键词：机械 制造 激光 加工 技术

激光是通过入射光子使亚稳态高能级的原子、离子或分子跃迁到低能级受激幅射（不是自发幅射）时发出的光，也可解释为“光受激幅射后发射加强”。它是由于受激发射的发光放大现象。激光具有单色性好、方向性强、能量高度集中等特性，因此在军事、工农业生产和科学研究的很多领域中得到了广泛应用。激光加工就是利用其所具有的输出光线的高指向性和高能量，进行微小孔及狭缝等的精密加工、切割、微细焊接等。激光有固体激光、液体激光和气体激光等。目前，作为加工用的以固体激光为最好。

激光加工具有以下特点：激光加工不需要加工工具，所以不存在工具损耗问题,很适宜自动化连续操作，可以在大气中进行。功率密度高，几乎能加工所有的材料，如果是透明材料（如玻璃），只要采取一些色化和打毛措施，仍可加工。加工速度快，效率高，热影响区小。因不需要工具，又能聚焦成极细的光束，所以能加工深而小的微孔和窄缝（直径可小至几微米，深径比可达10以上），适合于精微加工。可通过透明材料（如玻璃）对工件进行加工。

1、激光器

1.1 气体激光器

通常用二氧化碳激光器。

二氧化碳激光器的激光管内充有二氧化碳，同时加进一些辅助气体，这些辅助气体有助于提高激光器输出功率。二氧化碳激光器是目前气体激光器中连续输出功率最大、能量转换效率最高的一种激光器，能以大功率连续输出波长10.6的激光，而且方向性、单色性及相干性好，能聚焦成很小的光斑。缺点是设备体积大，输出瞬时功率小，而且是看不见的红外光，调整光束位置不方便。