2014.3第二、三讲 激光加工一般原理和基础知识
对激光加工技术的理解与认识
对激光加工技术的理解与认识一、激光加工技术的定义及原理激光加工技术是指利用激光器产生的高能量密度的激光束，对材料表面进行加工处理的一种先进制造技术。
其原理是利用激光器产生的高能量密度的激光束，通过聚焦透镜将激光束聚集到极小点上，使材料表面瞬间受热融化或汽化，从而实现对材料进行切割、打孔、焊接等各种加工处理。
二、激光加工技术的分类及应用1. 激光切割技术：主要应用于金属材料和非金属材料的切割处理。
2. 激光打孔技术：主要应用于金属板、塑料板、陶瓷等材料的打孔处理。
3. 激光焊接技术：主要应用于金属材料之间或者非金属材料与金属材料之间的焊接处理。
4. 激光雕刻技术：主要应用于木板、有机玻璃等非金属类材料上进行图案雕刻和文字刻写。
三、激光加工技术的优点1. 高精度：激光束可以聚焦到很小的点上，因此可以实现高精度的加工处理。
2. 高效率：激光加工速度快，可以大幅提高生产效率。
3. 无接触性：激光加工过程中不需要与材料接触，从而避免了因接触而产生的磨损和变形等问题。
4. 灵活性：激光加工可以对不同形状、不同材质的材料进行处理，具有很大的灵活性。
四、激光加工技术的缺点1. 高成本：激光器价格昂贵，且维护成本也较高。
2. 容易受环境影响：激光束容易受到环境因素（如气体、尘埃等）影响而发生偏移或散射等问题。
3. 容易产生毒害物质：在某些情况下，激光加工会产生有害气体和废弃物。
五、激光加工技术未来发展趋势1. 多波长多功能化：未来发展趋势是将激光器的波长从单一的红光扩展到多种波长，实现多功能化加工。
2. 智能化：激光加工技术将更加智能化，可以通过计算机程序控制激光器进行自动化生产。
3. 环保化：未来发展趋势是要求激光加工技术在加工过程中尽可能减少对环境的污染和对人体的伤害。
六、结语激光加工技术是一种先进的制造技术，具有高精度、高效率、无接触性和灵活性等优点。
未来发展趋势是多波长多功能化、智能化和环保化。
尽管激光加工技术存在一些缺点，但随着技术的不断发展和完善，其应用范围将会更广泛，为制造业带来更多的机遇和挑战。
激光加工原理
激光加工原理激光加工是将激光束照射到工件的表面，以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。
由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。
由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工可应用到不同层面和范围上。
目前，公认的激光加工原理是两种：分别为激光热加工和光化学加工(又称冷加工)。
激光热加工指当激光束照射到物体表面时，引起快速加热，热力把对象的特性改变或把物料熔解蒸发。
热加工具有较高能量密度的激光束（它是集中的能量流），照射在被加工材料表面上，材料表面吸收激光能量，在照射区域内产生热激发过程，从而使材料表面（或涂层）温度上升，产生变态、熔融、烧蚀、蒸发等现象。
光化学加工指当激光束加于物体时，高密度能量光子引发或控制光化学反应的加工过程。
冷加工具有很高负荷能量的（紫外）光子，能够打断材料（特别是有机材料）或周围介质内的化学键，至使材料发生非热过程破坏。
这种冷加工在激光标记加工中具有特殊的意义，因为它不是热烧蚀，而是不产生“热损伤”副作用的、打断化学键的冷剥离，因而对被加工表面的里层和附近区域不产生加热或热变形等作用。
例如，电子工业中使用准分子激光器在基底材料上沉积化学物质薄膜，在半导体基片上开出狭窄的槽。
第一版激光加工简介激光加工是激光系统最常用的应用。
根据激光束与材料相互作用的机理，大体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。
激光热加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等；光化学反应加工是指激光束照射到物体，借助高密度高能光子引发或控制光化学反应的加工过程。
包括光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等。
由于激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性四大特性，因此就给激光加工带来一些其它加工方法所不具备的特性。
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激光加⼯第⼆章激光加⼯技术2.1激光打标基础2.1.1 激光打标原理1．激光打标的基本原理激光打标：⽤激光束在各种不同的物质表⾯打上永久的标记。
打标的效应是通过⼯件表⾯物质的去除或改性或将有⾊物质固着于⼯件表⾯，造成⼈眼的⽬视反差效果。
⽬前，公认的激光打标原理是两种：★热加⼯：具有较⾼能量密度的激光束，照射在被加⼯材料表⾯上，材料表⾯吸收激光能量，在照射区域内发⽣热激发过程，从⽽使材料表⾯（或涂层）温度上升，产⽣变态、熔融、烧蚀、蒸发等现象。
★冷加⼯：具有很⾼能量的（紫外）光⼦，能够打断材料（特别是有机材料）或周围介质内的化学键，致使材料发⽣⾮热过程破坏。
2．激光打标的特点2标记速度快，字迹清晰、永久。
2⾮接触式加⼯，⽆磨损。
2动作⽅便，防伪功能强。
2可以做到⾼速⾃动化运⾏，⽣产成本低，适合于多种材料的标记。
2激光加⼯没有污染源，是⼀种清洁⽆污染的⾼环保加⼯技术。
3．激光打标的⽅法基本⽅法有三种：掩模式标记法、点阵式标记法、线性扫描式标记法。
★掩模式标记法：激光束经准直后呈平⾏光，射向掩模版，其上有挖空的、要打在产品上的图案，激光束从挖空的图案射出，经会聚透镜后在材料表⾯上形成按要求⽐例缩⼩的图案，并在材料表⾯上烧蚀出图案的像（如图）。
随激光束的功率密度⼤⼩和掩模制作的不同，⼀个激光脉冲就可标记出⼀个图案。
优点：设备简单；加⼯效率⾼。
缺点：图案变动不灵活；激光能量利⽤率不⾼。
★点阵式标记法：使⽤⼀台或⼏台⼩型激光器同时发射脉冲，经反射镜和聚焦镜后，使⼀个或⼏个激光脉冲在被标记材料表⾯上烧蚀（熔化）出⼤⼩及深度均匀⽽细⼩的⼩凹坑（典型的d＝15µm），每个字符、图案都是由这些⼩圆⿊凹坑点构成，⼀般是竖笔划7个点、横笔划5个点的735 阵列。
★线性扫描式标记法：扫描法打标是将激光束⼊射在两反射镜上，利⽤计算机控制扫描反射镜分别沿X-Y轴扫描，在⼀确定的⾯上打出数字、⽂字、图形。
聚焦系统可分为先聚焦，经反射镜射到⼯件上；或光束先经过反射镜，然后经聚焦镜再打在⼯件上。
14激光的基本知识
因此可见，形成粒子数反转是产生激光或激光放大的 必要条件，为了形成粒子数反转，须要对发光物质输入能 量，我们称之一过程为激励、抽运或者泵浦。
二、激光器构造
➢激光工作物质 ➢泵浦源 ➢光学谐振腔
（一）激光工作物质 激活粒子：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。激活粒子可以是分子、原子或离 子 基质：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。为了激活粒子提供寄存场所的材料成为基 质，它们可以是固体或液体。
受激辐射产生的光子是相干的。常温条件或对发光物 质无激发的情况下，发光粒子处于下能级E1的粒子数密度 n1大于处于上能级E2的粒子数密度n2。此时当有频率等于 ν=（E2-E1）/h的一束光通过发光物质时，受激吸收将大 于受激辐射，故光强减弱。
粒子数反转：如果采取诸如用光照、放电等方法从外界不 断地向发光物质输入能量，把出入下能级的发光粒子激发 到上能级上去，便可以使上能级E2的粒子数密度超过下能 级E1的粒子数密度，我们称这种状态为粒子数反转。 激光放大器的基本原理：只要使发光物质处在粒子数反转 的状态，受激辐射就会大于受激吸收。当频率为ν的光束 通过发光物质，光强就会得到放大。这便是激光放大器的 基本原理。 激光振荡器或简称激光器的基本原理：即便没有入射光， 只要发光物质中有一个频率合适的光存在，便可象连锁反 应一样，迅速产生大量相同的光子，形成激光。这就是激 光振荡器或简称激光器的基本原理。
到达E3能级，就很容易实现粒子数反转，经受激辐射后到 达E2的粒子可迅速通过非受激辐射跃迁回到基态E1。例如 气体激光器中的氩离子激光器的激活粒子——氩离子就属
于此类能级系统。
（二）四能级系统 下图画出两种四能级系统的示意图。
（a）图：E1是基态；E4能级寿命很短，抽运的激活粒子 立即通过非பைடு நூலகம்射跃迁的方式到达E3能级；E3能级的寿命 比E4长为亚稳态，作激光的上能级；E2能级寿命很短，热 平衡是基本上是空的，作为激光下能级用，E2能级上的 粒子主要也是通过非辐射跃迁回到基态。
机械制造中的激光加工技术原理
机械制造中的激光加工技术原理激光加工技术是一种高精度加工方法，被广泛应用于机械制造领域。
它通过高能量密度的激光束对材料进行加热、熔化或蒸发，以达到切割、焊接、打孔、雕刻等目的。
本文将介绍激光加工技术的原理及其在机械制造中的应用。
一、激光加工技术原理激光是一种特殊的光束，具有高纯度、高单色性和高相干性等特点。
它是通过将激光材料激发至激光阈值以上，激活其内部的原子或分子，使它们从高能级跃迁到低能级，释放出带有特定波长和相位的光子。
这些光子经过放大、反射和聚焦等处理后，形成一个高强度、高能量密度的激光束。
激光加工技术利用这种特殊性质，对工件进行高精度加工。
在激光加工中，激光束首先经过准直系统和聚焦系统的处理，使其能够在一个很小的焦点上集中能量。
当激光功率足够大时，材料在激光束照射下将发生熔化、汽化或沉积等物理变化。
二、激光加工技术在机械制造中的应用1. 激光切割激光切割是激光加工技术的一项重要应用。
它可以对金属、塑料、纸板等不同材料进行切割，具有高精度、高速度和无接触等优势。
激光切割常用于金属板材加工、制造业和电子行业等领域。
2. 激光焊接激光焊接是利用激光束对材料进行熔化和固化的加工方法。
它具有快速、高效、无接触等优点，适用于对金属、塑料等材料进行精密焊接。
激光焊接广泛应用于汽车制造、航空航天等行业。
3. 激光打孔与刻蚀激光打孔是利用激光束对材料进行穿孔加工的方法。
激光束可以精确控制孔径和孔的形状，适用于多孔板、钢板和塑料板等材料的加工。
激光刻蚀则是利用激光束对材料进行蚀刻，可以制作出复杂的图形和花纹。
4. 激光表面处理激光表面处理是利用激光束对材料表面进行改性处理的方法。
通过调节激光功率和扫描速度等参数，可以改变材料表面的物理和化学特性。
激光表面处理常用于金属材料的硬化、涂层脱附和喷涂等工艺。
三、激光加工技术的发展趋势随着科学技术的不断进步，激光加工技术在机械制造领域中的应用也在不断拓展。
一方面，激光设备的性能和效率不断提高，使得激光加工更加精确、快速和稳定。
激光加工概述
激光加工是一种利用高能量密度激光束进行材料加工的先进技术。
它在制造业中具有广泛应用，包括切割、焊接、打孔、雕刻和表面处理等领域。
激光加工的原理基于激光光束的特性。
激光是一种高强度、单色、相干和定向性很好的光束。
通过聚焦激光束，可以将其能量集中到非常小的区域，从而使材料发生熔化、蒸发或气化等反应，实现对材料的加工。
激光加工具有许多优点。
首先，激光加工非常精确，可以实现微米级甚至亚微米级的加工精度。
其次，激光加工无需直接接触材料，因此可以减少机械变形和污染。
此外，激光加工速度快、灵活性高，适用于各种材料，包括金属、塑料、陶瓷和玻璃等。
在激光加工中，常用的激光类型包括CO2激光、纤维激光和固态激光等。
不同类型的激光在加工过程中具有不同的特点和应用范围。
例如，CO2激光适用于金属切割和焊接，而纤维激光则适用于精细雕刻和打标。
总之，激光加工是一种高精度、高效率的材料加工技术，在制造业中扮演着重要角色。
随着激光技术的不断发展，激光加工将继续推动制造业的进步和创新。
1。
激光加工的原理特点与应用
激光加工的原理特点与应用1. 原理激光加工是利用激光束的高能量和高密度特性，在材料表面或内部进行切割、焊接、打孔等加工过程。
其基本原理包括以下几个方面：•激光的产生：激光是通过对聚焦和放大的光能放大，形成单色、相干、高能量密度的光束。
激光产生过程中，光束的能级在介质中被激发，从而产生受激辐射。
•激光的聚焦：通过透镜的聚焦作用，将激光束集中到一个非常小的焦点上。
聚焦后的激光束能量密度大大增加，可以实现高精度加工。
•激光的作用：激光束对材料表面或内部进行加工时，会引起材料的熔化、汽化或剥离等反应。
激光脉冲的短暂性也降低了对材料周围区域的热影响。
2. 特点激光加工具有以下几个显著的特点：•高精度：激光聚焦后的光束非常细小，能够在微米级别上进行切割、打孔和焊接等加工操作。
因此，激光加工可以实现高精度的加工需求，适用于制造业的精密加工领域。
•非接触性：激光加工是通过光束与材料的相互作用来实现加工过程，无需直接接触材料。
这样可以避免由于接触造成的工件损坏和加工痕迹，同时减少了工具磨损的问题。
•无污染：激光加工过程中，不需要使用切削液、化学试剂等辅助材料，减少了对环境的污染。
同时，激光加工也不会产生废水、废气和废渣等副产品，符合环保要求。
•灵活性强：激光加工系统可以通过对激光束的调节和控制，实现对不同形状、材料和尺寸的工件进行加工。
激光加工不受工件形状的限制，适用于各种复杂结构的加工要求。
3. 应用激光加工技术在现代制造业中得到广泛应用，下面介绍几个典型的应用领域：•激光切割：激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的切割加工中。
激光切割不仅可以实现高精度和高速度的切割，还可以切割各种复杂形状的工件，被广泛应用于汽车、电子、航空航天等领域。
•激光焊接：激光焊接技术多用于金属材料的焊接。
激光焊接可以实现高强度、高精度的焊接效果，而且焊缝小、热影响区小，不会对工件表面产生明显的变色和变形。
激光焊接广泛应用于汽车制造、船舶制造、航空航天等领域。
《激光加工技术》课件
详细描述
激光打标是利用高能激光束在材料表面进行刻划或烧蚀出文字、图案等标记。 该技术具有标记清晰、永久、不易磨损等优点，广泛应用于产品标识、防伪鉴 别等领域。
激光熔覆
总结词
高效、耐磨的表面改性技术
详细描述
激光熔覆是利用高能激光束将熔覆材料快速熔化并覆着在材料表面，形成一层具有特殊 性能的熔覆层。该技术具有熔覆层质量高、与基体结合力强等优点，广泛应用于机械零
02
激光加工技术的基本设备
激光器
激光器是激光加工技术的核心设备，负责产生高能激光 束。
激光器的性能参数包括输出功率、光束质量、波长等， 直接影响加工效果。
激光器的种类繁多，常见的有气体激光器、固体激光器 和光纤激光器等。
激光器的维护和保养对于保证其稳定性和寿命至关重要 。
光学系统
01
光学系统是用来传输和聚焦激光束的装置，通常包括反射镜、 透镜和光束扩展器等。
措施。
如何克服激光加工技术的局限性
降低设备成本
通过技术进步和规模化生产，降低激光加工设备 的成本，使其更适用于中小型企业。
拓展材料适用性
研究新的激光加工技术和工艺，拓展激光加工技 术的材料适用性。
ABCD
提高技术水平
加强技术研发和人才培养，提高激光加工技术的 水平和应用范围。
加强安全管理
建立健全的安全管理制度和操作规程，加强安全 培训和教育，确保操作人员的安全。
02
光学系统的设计和制造精度直接影响激光加工的精度和效果。
光学系统的清洁和维护对于保证其性能和稳定性非常重要。
03
加工机床
1
加工机床是用来固定和加工工件的设备，通常具 有高精度和高稳定性的特点。
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