激光是20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、軍事、科學(xué)研究與日常生活中。激光具有四大特性：高的單色性、方向性、相干性和亮度性。

應(yīng)用激光固有的四大特性，將具有高能量密度的，能被聚焦到微小空間的激光用于加工的方法叫激光加工。

激光加工技術(shù)是一項集光、機電、材料及檢測于一體的先進技術(shù)。

激光加工主要涉及：激光焊接、激光切割、激光打標(biāo)、激光雕刻等。

現(xiàn)在一般的激光加工都采用了多項先進技術(shù), 多功能集成度高、實用性強、自動化程度高、操作簡單、結(jié)果直觀，而且加工過程中可實現(xiàn)動態(tài)同步跟蹤顯示，具有程序錯誤自動診斷、限位保護等功能。

激光有很多特點，本文介紹以下幾種：

1.定向發(fā)光

普通光源是向四面八方發(fā)光。要讓發(fā)射的光朝一個方向傳播，需要給光源裝上一定的聚光裝置，如汽車的車前燈和探照燈都是安裝有聚光作用的反光鏡，使輻射光匯集起來向一個方向射出。

激光器發(fā)射的激光，天生就是朝一個方向射出，光束的發(fā)散度極小，大約只有0.001弧度，接近平行。

2.亮度極高

在激光發(fā)明前，人工光源中高壓脈沖氙燈的亮度最高，與太陽的亮度不相上下，而紅寶石激光器的激光亮度，能超過氙燈的幾百億倍。

因為激光的亮度極高，所以能夠照亮遠距離的物體。紅寶石激光器發(fā)射的光束在月球上產(chǎn)生的照度約為0.02勒克斯（光照度的單位），顏色鮮紅，激光光斑明顯可見。

若用功率最強的探照燈照射月球，產(chǎn)生的照度只有約一萬億分之一勒克斯，人眼根本無法察覺。激光亮度極高的主要原因是定向發(fā)光。大量光子集中在一個極小的空間范圍內(nèi)射出，能量密度自然極高。

3.顏色極純

光的顏色由光的波長（或頻率）決定。一定的波長對應(yīng)一定的顏色。發(fā)射單種顏色光的光源稱為單色光源，它發(fā)射的光波波長單一。比如氪燈、氦燈、氖燈、氫燈等都是單色光源，只發(fā)射某一種顏色的光。單色光源的光波波長雖然單一，但仍有一定的分布范圍。

如氪燈只發(fā)射紅光，單色性很好，被譽為單色性之冠，波長分布的范圍仍有0.00001納米，因此氪燈發(fā)出的紅光，若仔細辨認(rèn)仍包含有幾十種紅色。由此可見，光輻射的波長分布區(qū)間越窄，單色性越好 。

激光加工是激光應(yīng)用最有發(fā)展前途的領(lǐng)域，現(xiàn)在已開發(fā)出多種激光加工技術(shù)。激光加工有以下特點：

1.激光加工屬無接觸加工，激光加工是通過激光光束進行加工，與被加工工件不直接接觸，降低了機械加工慣性和機械變形，方便了加工。

同時，還可加工常規(guī)機械加工不能或很難實現(xiàn)的加工工藝，如內(nèi)雕、集成電路打微孔、硅片的刻劃等。

2.加工質(zhì)量好，加工精度高, 加工效率高，由于激光能量密度高可瞬時完成加工，與傳統(tǒng)機械加工相比，工件熱變形小、無機械變形，使得加工質(zhì)量顯著提高；激光可通過光學(xué)聚焦鏡聚焦，激光加工光斑非常小，加工精度很高，加工效率高，激光切割可比常規(guī)機械切割提高加工效率幾十倍甚至上百倍；

激光打孔特別是微孔可比常規(guī)機械打孔提高效率幾十倍至上千倍；激光焊接比常規(guī)焊接提高效率幾十倍；激光調(diào)阻可提高效率上千倍，且精度亦顯著提高。 3.材料利用率高、經(jīng)濟效益高，激光加工與其他加工技術(shù)相比可節(jié)省材料10～30?可直接節(jié)省材料成本費，且激光加工設(shè)備操作維護成本低，對加工費用降低提供了先決條件。

激光加工具有優(yōu)越的加工性能，使得激光加工技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。激光的空間控制性和時間控制性很好，對加工對象的材質(zhì)、形狀、尺寸和加工環(huán)境的自由度都很大，特別適用于自動化加工。激光加工系統(tǒng)與計算機數(shù)控技術(shù)相結(jié)合可構(gòu)成高效自動化加工設(shè)備，已經(jīng)成為企業(yè)實行適時生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，為優(yōu)質(zhì)、高效和低成本的加工生產(chǎn)開辟了廣闊的前景。

目前已成熟的激光加工技術(shù)包括：激光切割技術(shù)、激光焊接技術(shù)、激光打標(biāo)技術(shù)、激光快速成形技術(shù)、激光打孔技術(shù)、激光去重平衡技術(shù)、激光蝕刻技術(shù)、激光微調(diào)技術(shù)、激光存儲技術(shù)、激光劃線技術(shù)、激光清洗技術(shù)、激光熱處理和表面處理技術(shù)等。

激光在加工中有很多的應(yīng)用，生產(chǎn)生活中都有應(yīng)用，下面簡單介紹幾種常見激光加工技術(shù)。

1.激光打孔

激光打孔技術(shù)具有精度高、通用性強、效率高、成木低和綜合技術(shù)經(jīng)濟效益顯著等優(yōu)點，已成為現(xiàn)代制造領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，激光打孔在微細孔加工中的應(yīng)用，解決了一些傳統(tǒng)機械加工不能解決的難題，為微孔加工提供了先進的加工手段。

目前，工業(yè)發(fā)達國家已將激光深微孔技術(shù)大規(guī)模地應(yīng)用到航空航天、汽車制造、電子儀表、化工等行業(yè)。國內(nèi)目前比較成熟的激光打孔的應(yīng)用是在人造金剛石和天然金剛石拉扮模的生產(chǎn)及鐘表和儀表的寶石軸承、吃機葉片、多層印刷線路板等行業(yè)的生產(chǎn)中。

激光打孔的特點：

1) 激光打孔速度快，效率高，經(jīng)濟效益好；

2) 激光打孔可獲得大的深徑比；

3) 激光打孔可在硬、脆，軟等各類材料上進行；

4) 激光打孔無工具損耗；

5) 激光可在難加工材料傾斜面上加工小孔；

6) 激光打孔適合于數(shù)量多、高密度的群孔加工。

另外，由于激光打孔過程與工件不接觸，因此加工出來的工件清潔，沒污染。因為這種打孔是一種蒸發(fā)型的、非接觸的加工過程，它消除了常規(guī)熱絲穿孔和機械穿孔帶來的殘渣，因而十分衛(wèi)生。而且激光加工時間短，對被加工的材料氧化、變形、熱影響區(qū)域均較小，不需要特殊保護。激光不僅能對置于空氣中的工件打孔，而且也能對置于真空中或其它條件下的工件進行打孔。目前，激光打孔朝著多樣化、高速度、孔徑更微小的方向發(fā)展。

2.激光快速成型

傳統(tǒng)的工業(yè)成型技術(shù)大部分是遵循“去除法”的，如車削、銑削、鉆削、磨削、刨削；另外一些是采用模具進行成形，如鑄造、沖壓。激光快速成形技術(shù)集成了激光技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)和材料技術(shù)的最新成果，根據(jù)計算機設(shè)計出的零件的模型立體圖，直接制造出模型，它制造模型的辦法是在一層接一層的基礎(chǔ)上不斷添加材料。

激光快速成型法有，液態(tài)光敏聚合物選擇性固化、薄型材料選擇性切割、扮狀材料選擇性熔復(fù)、粉末材料選擇性燒結(jié)。激光快速成型技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用最為廣泛，可以用快速成型件直接用作模具；用快速成型件作母模，翻制軟模具；用快速成件翻制硬模具。用快速成技術(shù)制作模具，既避開了復(fù)雜的機械切削加工，又可以保證模具的精度，還可以大大縮知制模時間、節(jié)省制模費用，對于形狀復(fù)雜的精度模具，其優(yōu)點尤為突出。

該技術(shù)已在航空航天、電子、汽車、家電等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，目前還存在著模具壽命相對較知的缺點，即使是金屬面、硬背襯模具，其使用壽命也不及真止的金屬模，所以快速成模具較適合于單件小批量生產(chǎn)。

3.激光切割

激光切割是利用激光束聚焦形成的高功率密度光斑，將材料快速加熱至氣化溫度，蒸發(fā)形成小孔洞后，再使光束與材料相對運動，從而獲得窄的連續(xù)切縫。在２０世紀(jì)８０年代就開始在汽車車身制造中應(yīng)用。激光切割還廣泛用于非金屬材料的切割，另外激光切割也廣泛用于服裝行業(yè)，對皮革、布料進行切割。

4.激光焊接

激光焊接是將功率密度足夠的激光束照射到需要焊接的材料表面，使其局部溫度升高到熔點，被焊材料結(jié)合部位熔化成液體，然后冷卻凝固，于是兩種材料就被熔接在一起。激光焊接技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴到航空航天、船舶制造、機車制造、機械零件制造等領(lǐng)域。珠寶首飾業(yè)引用了激光焊接技術(shù)，改變了人們傳統(tǒng)的首飾設(shè)計思維方式。借助激光焊接技術(shù)，可制作一些結(jié)構(gòu)特殊的首飾款式。另外激光焊接也廣泛用于鋼鐵行業(yè)，如硅板焊接，冷軋低碳鋼的焊接，鋼管的焊接。

5.激光打標(biāo)

激光打標(biāo)技術(shù)是激光加工最大的應(yīng)用領(lǐng)域之一。激光打標(biāo)是利用高能量密度的激光對工件進行局部照射，使表層材料汽化或發(fā)生顏色變化的化學(xué)反應(yīng)，從而留下永久性標(biāo)記的一種打標(biāo)方法，這對產(chǎn)品的防偽有特殊的意義。激光加工系統(tǒng)與計算機數(shù)控技術(shù)相結(jié)合可構(gòu)成高效自動化加工設(shè)備，可以打出各種文字、符號和圖案，易于用軟件設(shè)計標(biāo)刻圖樣，更改標(biāo)記內(nèi)容，適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)高效率、快節(jié)奏的要求。可實現(xiàn)亞微米打標(biāo)，已廣泛用于微電子工業(yè)和生物工程。

6.激光雕刻

在激光技術(shù)中激光雕刻技術(shù)是較常見的。激光雕刻的實現(xiàn)主要是利用激光束在材料表面的熔蝕效應(yīng)、氣化效應(yīng)、光化學(xué)反應(yīng)。激光雕刻廣泛的應(yīng)用工藝品、陶瓷、皮革、印章等的雕刻。

7.激光熱處理

激光熱處理是利用高功率密度的激光束對金屬進行表面處理的方法。如當(dāng)把金屬表面加熱到僅低于熔點的臨界轉(zhuǎn)變溫度時，其表面迅速奧氏體化，然后急速自冷淬火，金屬表面迅速被強化，即激光相變硬化(激光淬火) 。

激光表面熱處理技術(shù)包括激光相變硬化技術(shù)、激光涂覆技米、激光合金化技術(shù)、激光沖擊強化技術(shù)等，這些技術(shù)對改變材料的機械性能、耐熱性和耐腐蝕性等有重要作用。

經(jīng)激光處理后，鑄鐵表面硬度可以達到 HRC60度以上。中碳及高碳的碳鋼，表面硬度可達HRC70度以上，從而提高了材料的抗磨性、抗疲勞、抗氧化、耐腐蝕等性能同，延長其使用壽命。

激光熱處理技術(shù)與其它熱處理如高頻淬火，滲碳，滲氮等傳統(tǒng)工藝相比，具有以下特點：

1) 無需使用外加材料，僅改變被處理材料表面的組織結(jié)構(gòu)。處理后的改性層具有足夠的厚度，可根據(jù)需要調(diào)整深淺一般可達0.1~0.8mm。

2) 處理層和墓體結(jié)合強度高。激光表面處理的改性層和基體材料之間是致密的冶金結(jié)合，而且處理層表面是致密的冶金組織，具有較高的硬度和耐磨性。

3) 被處理件變形極小。由于激光功率密度高，與零件的作用時間極短，故零件的熱變形區(qū)和整體變化都很小。故適合于高精度零件處理。作為材料和零件的最后處理工序等。

4) 加工柔性好，適用面廣。利用靈活的導(dǎo)光系統(tǒng)可隨意將激光導(dǎo)向處理部分，從而可方便地處理深孔、內(nèi)孔、盲孔和凹槽等，也可進行選擇性的局部處理等。

由于激光熱處理有相當(dāng)明顯的優(yōu)點，解決了傳統(tǒng)金屬熱處理不能解決或不容易解決的技術(shù)難題，在國內(nèi)外受到高度重視，激光熱處理得到迅速的發(fā)展。

激光熱處理技術(shù)在汽車工業(yè)中應(yīng)用廣泛，如缸套、曲軸、活塞環(huán)、換向器、齒輪等零部件的熱處理，同時在航空航天、機床行業(yè)和其它機械行業(yè)也應(yīng)用廣泛。

8.激光精密加工

激光由于其優(yōu)良的光束特性, 自誕生以來, 就在工業(yè)加工領(lǐng)域起著非常重要的作用, 并且不斷地深入到工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域, 以其獨特的優(yōu)越性, 成為未來制造業(yè)的重要加工手段, 被譽為21世紀(jì)! 的加工技術(shù)。

激光精密加工是利用高強度的激光束, 經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)聚焦后, 激光束的功率密度達到104~1011W/cm2，加工工件置于激光束焦點附近, 通過激光束與加工工件的相對運動來實現(xiàn)對加工工件的熱加工, 加工精度一般在幾微米到數(shù)十微米。

激光束可以聚焦到很小的尺寸, 所以特別適合于精密加工。激光精密加工所用激光器為各種脈沖或調(diào)Q 固體激光器, 半導(dǎo)體激光器, 脈沖Nd ?YAG 激光器以及最近幾年開始不斷推廣的光纖激光器和紫外激光器等。

各種脈沖激光器的聚焦光斑很小, 功率密度很大, 工件加熱范圍小, 加工精度和定位精度高而且熱影響區(qū)小。

激光加工在未來的發(fā)展趨勢

1.數(shù)控化和多功能化

把激光器與計算機數(shù)控技術(shù)、先進的光學(xué)系統(tǒng)以及高精度和自動化的工件定位相結(jié)合，形成研制和生產(chǎn)加工中心，并把多種加工功能基于一臺機床上，如國內(nèi)生產(chǎn)的JHM-IGY-400/SOOB多功能激光加工機。

整機由激光器、激光電源、光學(xué)系統(tǒng)、二/四軸聯(lián)動工作臺、CNC 控制系統(tǒng)、CCD 監(jiān)控系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、光纖傳輸系統(tǒng)、He-Ne 激光指示系統(tǒng)和密閉氣室裝置等組成，具有焊接、切割、打孔和簡單標(biāo)記等多種功能，己成為激光加工發(fā)展的一個重要趨勢。

2.高頻度和高可靠性

日前，國外YAG 激光器的重復(fù)頻度己達2000次/秒，二極管陣列泵浦的Nd:YAG激光器的平均維修時間己從原來的幾百小時提高到1-2萬小時。國內(nèi)雖然達不到這種水平，但也朝著這一方向努力。

3.小型化和集成化

能夠進行幾種工藝研制和生產(chǎn)加工的激光加工系統(tǒng)，已成為激光加工的另一發(fā)展趨勢。國外已把激光切割和模具沖壓兩種加工方法組合在一臺機床上，制成激光沖床，它兼有激光切割的多功能性和沖壓加工的高速高效的特點，可完成切割復(fù)雜外形、打孔、打標(biāo)、劃線等加工。

我國激光加工業(yè)起步晚，底子薄，技術(shù)不能與德、美、日等發(fā)達國家的同日而語，尤其是激光制造系統(tǒng)的光源更是落后，先進的薄片式固體激光器都是外國生產(chǎn)，我國想組裝一臺先進的激光機床就得進口激光器，這樣我國的激光產(chǎn)業(yè)就會永遠落后于人。

激光的產(chǎn)生、傳輸和控制是激光技術(shù)發(fā)展的前提，只有制造出高功率、高光束質(zhì)量的激光制造系統(tǒng)，并目把研究與實際加工相結(jié)合，我國的激光技術(shù)才能得以發(fā)展。

4.應(yīng)用普及化

隨著激光精密加工設(shè)備成本的降低，激光精密加工技術(shù)將在更多領(lǐng)域得到更加廣泛的應(yīng)用，實現(xiàn)激光產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的緊密結(jié)合，用先進的激光制造技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。

我國是一個制造大國，制造業(yè)尤其是機械制造是關(guān)乎國計民生的關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)，隨著激光技術(shù)的快速發(fā)展，激光加工技術(shù)在機械制造領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，越來越重要，影響越來越大。激光快速找止、激光測量、激光成形加工、焊接、切割、標(biāo)記以及熱處理等激光技術(shù)在先進制造業(yè)中的應(yīng)用，必將引起機械制造業(yè)各個領(lǐng)域的全面改觀。

審核編輯：劉清