激光加工工艺及应用

激光加工是无接触的方式，不会产生工具与工件表面的摩擦阻力，也不会直接对工件进行冲击，工件几乎不会发生变形，且激光是对局部进行加工，对非激光照射的部分几乎没有影响，所以激光加工是高速、高效、高精度的加工方式。激光加工技术是光与机电技术的结合，激光光束的移动速度、功率密度和方向等都可以调节，易与数控系统配合来对复杂工件进行加工，可由此对其实现不同层面和范围的应用。

一
激光模切技术
激光模切技术是根据在软件中设计好的工件图样，将激光束聚焦后直接对材料表面完成模切或压痕效果的一种切割方法。激光模切技术具有切割精度高、模切产品粗糙度低、模切加工时间短、生产效率高等特点。由于无须更换模切刀版，也可实现不同版式工件之间的快速转换，这样节省了传统模切刀版调整时间，尤其适用于轻薄、异形工件的加工。

典型的激光模切系统应该包括有激光器、扫描系统、控制系统、冷却系统、惰性气体保护室、废料清除系统以及反馈系统。激光在模切加工中扮演“模切刀”的角色，其对最终的加工效果的影响是模切机各组成部分中最大的，目前市场上用于激光加工的激光器主要有YAG激光器、CO2激光器和半导体激光器等。最常使用的是出波长能被非金属很好吸收且能够产生连续激光或非连续激光脉冲的CO2激光器。

二
激光雕刻技术
激光雕刻机的主要组成为：激光器（提供激光光束，包括聚光腔、反射镜）、聚焦系统（使高功率密度的激光能量聚集在小面积上，达到最佳的雕刻效率）、导光系统（改变激光照射方向）、工作台（用于承载或移动被雕刻工件）、控制面板（调整和控制电源及激光器）、水冷系统（调控激光器内的温度）。由于主要是对非金属材料加工，所以激光雕刻与模切一样常选用CO2激光器。为实现高速点阵雕刻和适量雕刻，激光雕刻大多采用振镜式导光系统。三
激光焊接技术
激光焊接技术主要用于对金属及塑料制品进行焊接加工。以前金属焊接大多采用电阻焊接工艺，但电阻焊存在耗电量大、热影响区大、接口不美观、可焊材料厚度受限等问题，所以激光焊接技术的应用越来越广泛。激光焊接金属的作用机理是用激光辐射金属表面，通过激光与金属的耦合作用使待焊接部位在极短时间内瞬间熔化甚至气化，再冷却凝固结晶而形成焊缝。激光焊接可分为热传导焊接和深熔焊两种，前者会发生激光的功率密度较小，辐射能只作用于金属表面，材料下层则靠热传导受热熔化；深熔焊会产生小孔效应，即输入激光能量很大，远大于传导及散热的速率时，照射区域会在极短时间发生气化形成小孔，孔内压力形成动态的平衡，光束可以直接照射到孔底。小孔吸收射入的所有能量使孔壁金属熔化，由此可形成尤其窄而深的焊缝，且改变焊接参数可以使焊缝熔深在较大范围内变化，所以实际更多采用深熔焊接方式。

接下来讨论用于焊接金属的激光器的选择。金属焊接大多采用YAG激光器，因为YAG激光比 CO22激光更易于被金属吸收，且受等离子体影响较小，焊接操作灵活。但YAG激光器运作时易产生大量热损耗，使激光腔温度升高产生激光热透镜效应，从而降低激光功率和能量转化效率。YLR光纤激光器是以光纤为基材，掺杂不同的稀土离子的光纤传输传输，具有体积小、成本低、激光功率高等优点，焊接熔深和速度更高，较YAG激光器更胜一筹。

激光焊接金属过程几乎不会产生碎屑废渣，且无需添加粘合剂，具有速度快、精度高、热影响区小、深宽比大、焊缝美观等优点，易实现自动化，可产生良好的社会和经济效益，已成为金属包装气密性封装等的主要方式。

对于塑料材料工件而言，传统的塑料焊接主要采用超声波焊接、摩擦焊接、振动焊接、热板焊接等技术，而实际时加工既要考虑其密封性能, 又要防止加工过程中会受到污染, 塑料激光焊接的高精度和无接触性正好可以满足这样的要求。

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