四、激光加工

四、激光加工

激光与其他光源相比具有很好的相干性、单色性和方向性，通过光学系统可以使它聚焦成一个极小的光斑（直径仅几微米到几十微米），从而获得极高的能量密度。当能量密度极高的激光束照射在被加工表面上时，光能被加工面吸收，并转换成热能，使照射斑点的局部区域材料在千分之几秒甚至更短的时间内迅速被熔化甚至汽化，从而达到材料去除的目的。为了帮助去除物的排除，还需对加工区吹气或吸气，吹氧（加工金属时）或吹保护性气体（CO2、N2）等。

图6-6 激光加工示意图

1—激光器；2—光圈；3—反射镜；4—聚焦镜；5—工件；6—工作台；7—电源

激光加工的基本设备包括激光器、电源、光学系统及机械系统等四部分，如图6-6所示。其中，激光器是最主要的器件。激光器按照所用的工作物质种类可分为固体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器。激光加工中广泛应用固体激光器（工作物质有红宝石、钕玻璃及掺钕钇铝石榴石YAG）和气体激光器（工作物质为CO2 分子）。

固体激光器输出能量较大，峰值功率高，结构紧凑，牢固耐用，噪声小等优点，因而应用较广，如切割、打孔、焊接、刻线等。随着激光技术的发展，固体激光器的输出能量逐步增大，目前单根YAG晶体棒的连续输出能量已达数百瓦，几根棒串联起来可达数千瓦。但固体激光器的能量效率都很低，红宝石激光器为0．1%～0．3%，钕玻璃激光器为1%，YAG 激光器为1%～2%。

CO2 激光器具有能量效率高（可达20%～25%），其工作物质CO2 来源丰富，结构简单，造价低廉，且输出功率大，从数瓦到数万瓦，既能连续工作又能脉冲工作。所输出的激光为波长10．6μm 的红外光，是YAG 激光器波长的10倍，对眼睛的危害比YAG 激光小。其缺点是体积大，输出的瞬时功率不高，噪声较大。现已广泛用于金属热处理、钢板切割、焊接、金属表面合金化、难加工材料的加工等方面。(https://www.daowen.com)

激光加工具有以下几个特点。

（1）不需要加工工具，故不存在工具磨损问题，这对高度自动化生产系统非常有利，国外已在柔性制造系统中采用激光加工机床。

（2）激光束的功率密度很高，几乎对任何难加工材料（金属和非金属）都可以加工。

（3）激光加工是非接触加工，加工中的热变形、热影响区都很小，适用于微细加工。

（4）通用性强，同一台激光加工装置可作多种加工用，如打孔、切割、焊接等都可以在同一台机床上进行。这一新兴的加工技术正在改变着过去的生产方式，使生产效率大大提高。随着激光技术与电子计算机数控技术的密切结合，激光加工技术的应用将会得到更快、更广泛的发展，将在生产加工技术中占有越来越重要的地位。

当前激光加工存在的问题是：设备价格高，一次性投资大，更大功率的激光器尚在试验研究阶段，不论是激光器本身的性能质量，还是使用者的操作技术水平都有待进一步的提高。