激光加工基本原理讲解VIP专享VIP免费

1激光加工基本原理（分享）4.1.1激光加工的特点与分类4.1.1.1激光加工的特点激光（LASER）是英语“LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation”的字头缩写，意思为“通过受激辐射实现光放大”。激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料进行切割、焊接、表面处理、打孔、增材加工及微加工等的一门加工技术。激光加工技术是涉及到光、机电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，它的研究范围一般可分为激光加工系统和激光加工工艺。激光加工与其他加工技术相比有其独特的特点和优势，它的主要特点有：1、非接触加工。激光属于无接触加工，切割不用刀具，切边无机械应力，也无刀具磨损和替换、拆装问题，为此可缩短加工时间；焊接无需电极和填充材料，再加上深熔焊接产生的纯化效应，使得焊缝杂质含量低、纯度高。聚焦激光束具有106～1012W/cm2高功率密度，可以进行高速焊接和高速切割。利用光的无惯性，在高速焊接或切割中可急停和快速启动。2、对加工材料热影响区小。激光束照射到物体的表面是局部区域，虽然在加工部位的温度较高，产生的热量很大，但加工时的移动速度很快，其热影响的区域很小，对非照射的部位几乎没有影响。在实际热处理、切割、焊接过程中，加工工件基本没有变形。正是激光加工的这一特点，它已被成功地应用于局部热处理和显像管焊接中。3、加工灵活。激光束易于聚焦、发散和导向，可以很方便地得到不同的光斑尺寸和功率大小，以适应不同的加工要求。并且通过调节外光路系统改变光束的方向，与数控机床、机器人进行连接，构成各种加工系统，可对复杂工件进行加工。激光加工不受电磁干扰，可以在大气环境中进行加工。4、可以进行微区加工。激光束不仅可以聚焦，而且可以聚焦到波长级光斑，使用这样小的高能量光斑可以进行微区加工。5、可以透过透明介质对密封容器内的工件进行加工。6、加工高硬度、高脆性、高熔点的金属及非金属材料。4.1.1.2激光加工的分类1、激光材料去除加工在生产中常用的激光材料去除加工有激光打孔、激光切割、激光雕刻和激光刻蚀等技术。2、激光材料增长加工激光材料增长加工主要包括激光焊接、激光烧结和快速成形技术。3、激光材料改性激光材料改性主要有激光热处理、激光强化、激光涂覆、激光合金化和激光非晶化、微晶化等。4、激光微细加工激光的微细加工起源于半导体制造工艺，是指加工尺寸约在微米级范围的加工方式。纳2米级微细加工方式也叫做超精细加工。目前激光的微细加工成为研究热点和发展方向。5、其他激光加工激光加工在其他领域中的应用有激光清洗、激光复合加工、激光抛光等。4.1.2激光产生的基本原理4.1.2.1光的吸收和释放激光的光吸收和释放原理如表4-1所示。表4-1光的吸收、释放原理自发辐射处于高能级E2的一个原子自发地向E1跃迁，并发射一个能量为hv的光子，这一过程称为自发跃迁。由原子自发跃迁发出的光波称为自发辐射。受激吸收处于低能态E1的一个原子，在频率为v的辐射场作用(激励)下，吸收一个能量为hv的光子并向E2能态跃迁，这一过程称为受激吸收跃迁，如图1-2所示。受激辐射受激吸收跃迁的反过程就是受激辐射跃迁。处于上能级E2的原子在频率为v的辐射场作用下，跃迁至低能态E1并辐射一个能量为hv的光子。受激辐射跃迁发出的光波称为受激辐射，4.1.2.2激光产生的过程激光产生的过程是：在受激辐射跃迁的过程中，一个诱发光子可以使处在上能级的发光粒子产生一个与该光子状态完全相同的光子，这两个光子又可以去诱发其它发光粒子，产生更多状态相同的光子。这样，在一个入射光子的作用下，可引起大量发光粒子产生受激辐射，并产生大量运动状态相同的光子。这种现象称受激辐射光放大。4.1.2.3典型激光器结构及功能激光器通常由三部分组成，即激光工作物质、泵浦源及光学谐振腔，它们是产生激光的三个前提条件。具体原理见表4-23表4-2激光器组成激光工作物质包括激活粒子与基质。为了形成稳定的激光，首先必须要有能够形成粒子数反转的发光粒子——激活粒子。它们可以是分子、原子或离子。这些激活粒子有些可以独立存在，有些则必须依附于某些材料中。为激活粒子提供寄存场所的材料称为基质...