㈠ 激光切割有哪些加工方式
激光切割技術廣泛應用於金屬和非金屬材料的加工中，可大大減少加工時間，降低加工成本，提高工件質量。現代的激光成了人們所幻想追求的「削鐵如泥」的「寶劍」。 以金運激光CO2激光切割機為例，整個系統由控制系統、運動系統、光學系統、水冷系統、排煙和吹氣保護系統等組成，採用最先進的數控模式實現多軸聯動及激光不受速度影響的等能量切割，同時支持DXP、PLT、CNC等圖形格式並強化界面圖形繪制處理能力；採用性能優越的進口伺服電機和傳動導向結構實現在高速狀態下良好的運動精度。
激光切割是應用激光聚焦後產生的高功率密度能量來實現的。在計算機的控制下，通過脈沖使激光器放電，從而輸出受控的重復高頻率的脈沖激光，形成一定頻率，一定脈寬的光束，該脈沖激光束經過光路傳導及反射並通過聚焦透鏡組聚焦在加工物體的表面上，形成一個個細微的、高能量密度光斑，焦斑位於待加工面附近，以瞬間高溫熔化或氣化被加工材料。每一個高能量的激光脈沖瞬間就把物體表面濺射出一個細小的孔，在計算機控制下，激光加工頭與被加工材料按預先繪好的圖形進行連續相對運動打點，這樣就會把物體加工成想要的形狀。切割時,一股與光束同軸氣流由切割頭噴出，將熔化或氣化的材料由切口的底部吹出(註：如果吹出的氣體和被切割材料產生熱效反應,則此反應將提供切割所需的附加能源；氣流還有冷卻已切割面，減少熱影響區和保證聚焦鏡不受污染的作用)。與傳統的板材加工方法相比,激光切割其具有高的切割質量(切口寬度窄、熱影響區小、切口光潔) 、高的切割速度、高的柔性(可隨意切割任意形狀) 、廣泛的材料適應性等優點。
主要工藝有以下幾種：
1、汽化切割。
在高功率密度激光束的加熱下，材料表面溫度升至沸點溫度的速度是如此之快，足以避免熱傳導造成的熔化，於是部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣體流吹走。一些不能熔化的材料，如木材、碳素材料和某些塑料就是通過這種汽化切割方法切割成形的。
汽化切割過程中，蒸汽隨身帶走熔化質點和沖刷碎屑，形成孔洞。汽化過程中，大約40%的材料化作蒸汽消失，而有60%的材料是以熔滴的形式被氣流驅除的。
2、熔化切割。
當入射的激光束功率密度超過某一值後，光束照射點處材料內部開始蒸發，形成孔洞。一旦這種小孔形成，它將作為黑體吸收所有的入射光束能量。小孔被熔化金屬壁所包圍，然後，與光束同軸的輔助氣流把孔洞周圍的熔融材料帶走。隨著工件移動，小孔按切割方向同步橫移形成一條切縫。激光束繼續沿著這條縫的前沿照射，熔化材料持續或脈動地從縫內被吹走。
3、氧化熔化切割。
熔化切割一般使用惰性氣體，如果代之以氧氣或其它活性氣體，材料在激光束的照射下被點燃，與氧氣發生激烈的化學反應而產生另一熱源，稱為氧化熔化切割。具體描述如下：
（1）材料表面在激光束的照射下很快被加熱到燃點溫度，隨之與氧氣發生激烈的燃燒反應，放出大量熱量。在此熱量作用下，材料內部形成充滿蒸汽的小孔，而小孔的周圍為熔融的金屬壁所包圍。
（2）燃燒物質轉移成熔渣控制氧和金屬的燃燒速度，同時氧氣擴散通過熔渣到達點火前沿的快慢也對燃燒速度有很大的影響。氧氣流速越高，燃燒化學反應和去除熔渣的速度也越快。當然，氧氣流速不是越高越好，因為流速過快會導致切縫出口處反應產物即金屬氧化物的快速冷卻，這對切割質量也是不利的。
（3）顯然，氧化熔化切割過程存在著兩個熱源，即激光照射能和氧與金屬化學反應產生的熱能。據估計，切割鋼時，氧化反應放出的熱量要佔到切割所需全部能量的60%左右。
很明顯，與惰性氣體比較，使用氧作輔助氣體可獲得較高的切割速度。
（4）在擁有兩個熱源的氧化熔化切割過程中，如果氧的燃燒速度高於激光束的移動速度，割縫顯得寬而粗糙。如果激光束移動的速度比氧的燃燒速度快，則所得切縫狹而光滑。
4、控制斷裂切割。
對於容易受熱破壞的脆性材料，通過激光束加熱進行高速、可控的切斷，稱為控制斷裂切割。這種切割過程主要內容是：激光束加熱脆性材料小塊區域，引起該區域大的熱梯度和嚴重的機械變形，導致材料形成裂縫。只要保持均衡的加熱梯度，激光束可引導裂縫在任何需要的方向產生。
要注意的是，這種控制斷裂切割不適合切割銳角和角邊切縫。切割特大封閉外形也不容易獲得成功。控制斷裂切割速度快，不需要太高的功率，否則會引起工件表面熔化，破壞切縫邊緣。其主要控制參數是激光功率和光斑尺寸大小。
㈡ 激光熱加工都有哪些方法特點
激光熱加工是指激光束作用於物體所引起的快速熱效應的各種加工過程。由於激光的方向性好，能量比較集中，如再利用聚焦裝置使光斑尺寸進一步縮小，可以獲得很高的功率密度，足以使光斑范圍內的材料在短時間內達到熔化或汽化溫度。激光光化學反應加工是指激光作用於物體，藉助高密度高能光子引發或控制光化學反應的各種加工過程，也稱為冷加工。工程上不同的加工工藝要求採用不同的激光裝置。例如，激光熱加工的光源主要採用紅外激光器，如CO2激光器、CO激光器和Nd：YAG激光器；激光光化學反應加工的光源主要採用紫外激光器，如準分子激光器。
激光熱加工方法：
1、激光焊接
激光焊接過程是將分開的兩塊材料的邊緣熔化，在冷卻時它們便凝結在一起，由於在連接過程中像氧化物這類雜質被焊接到表面上，因此激光焊接比普通焊接方法牢固。
激光焊接可分為脈沖激光焊接和連續激光焊接。在連續的激光焊接中又可分為熱傳導焊接和深穿焊接。隨著激光器輸出功率的提高，特別是數千瓦級高功率連續CO2激光器的發展，激光深穿焊接已迅速發展起來，輸出功率達20kW的CO2激光器，焊接穿透深度可達19mm，用77kW的CO2激光器焊接，最大焊接深度可達2in(50．8mm)。高功率激光深穿焊接具有廣泛的應用前景，特別是在機械製造、造船及國防工業上起很重要的作用。
與連續熱傳導激光焊接(104～105W／cm2的功率密度)不同的是激光深穿焊接是採用105～107W／cm2的高功率密度，焊接時金屬表面的溫度很高，其熱量不能單靠熱傳導、對流、輻射從激光入射點處排走，而使作用點處的金屬達到汽化，因而在材料中會形成「孔穴」。材料內的金屬蒸氣壓有力地支持著「孔穴」周圍液態金屬。後續的激光束作用在「孔穴」中，通過孔壁的多次反射，使激光束直接進入金屬內部，並逐步使「孔穴」加深。深穿焊接的焊接深寬比可達10：1以上，而熱傳導焊接的深寬比為3：1。
焊接時，在「孔穴」內形成的高壓金屬蒸氣溫度很高，在向「孔穴」外噴射後使得「孔穴」表面的氣體離化形成等離子體。等離子體形成後反過來又屏蔽後繼的激光束，使激光束功率密度降低，這對得到深寬比大的焊接影響很大，嚴重時不能產生深穿焊接效應。因而在激光深穿焊接中，抑制或吹開等離子體是一個很重要的問題。
在激光焊接中要考慮的另一個重要問題是，必須提供足夠的功率使材料熔化，但又不能使它汽化。所以對於鉻和鉭這樣的材料，其熔點和沸點很接近，就不易用激光焊接，必須十分小心地控制激光束功率才能焊接好這些金屬。而對金、銅和鎳等金屬，由於它們的熔點和沸點相差較遠，焊接就比較容易。另外，焊接金屬時還會碰到的困難是大多數金屬的吸收率隨溫度上升而提高，因此，焊接工件時，由於對激光的吸收常常是一種不穩定狀態，為避免汽化。光束功率和照射時間就必須嚴格控制。
2、激光打孔
與激光焊接相比，激光打孔裝置要求聚焦後激光束的功率密度更高，能把材料加熱到汽化溫度，利用汽化蒸發把加工部分的材料除去。
激光打孔機用的激光器主要有紅寶石、釹玻璃、Nd：YAG和CO2激光器等，一般用光學系統將光斑尺寸聚焦到幾微米到幾十微米。採用調Q脈沖，功率密度達到108～1010W／cm2，可對各種材料加工小孔和微孔，特別適合在高熔點、高硬度的材料上打細小的深孔。從深徑比來看，用激光打出的孔，其深度與孔徑之比，可高達50以上，這是用其他加工的方法難以達到的。
激光打孔有一定的質量指標，如孔的大小、孔的深度、孔的垂直度以及孔的幾何形狀(圓度和錐度)。
孑L的深度，由3個因素決定：①孔深正比於脈沖能量。②孔深與聚焦透鏡的焦距，有關，一般來講，當激光能量不變時，短焦距透鏡打出的孔要比長焦距透鏡打出的孔深些。③孔深還與激光模式有關。在其他條件相同的情況下，基橫模激光打出的孔要比多橫模激光打出的孔深得多。
孔的準直度指所打孔的軸線與工件表面相垂直，要做到這一點除需要保證工件表面與透鏡焦平面平行，還要求激光束垂直地通過透鏡的中心。
孔的幾何形狀，從上向下看是指孔的圓度，從側面看是指孑L的錐度。一般來說，只有在基橫模激光的作用下，才可能得到圓的孔、孔的錐度小且深度深。
3、激光切割
激光切割原理與激光打孔相似，只要移動工件或激光束進行連續打孔形成切縫。由於激光切割具有切縫窄，速度快，即使很脆的材料也能方便地切割等優點，因此，在加工上有著獨特的應用。常用連續的或高重復率的大功率Nd：YAG和CO2激光器。有時還用附帶有氣體噴口的切割機，所用的氣體一般為惰性氣體或氧氣，噴射惰性氣體主要是防止工件燃燒或氧化；噴射氧氣可以加快切割速度，並能保護光學系統不被汽化的材料所污損。目前，激光已成功地應用於切割鋼板、鈦板、石英、陶瓷、塑料以及布匹、紙張等許多方面，並且與數控技術結合，可以進行各種精密切割。
4、激光熱處理
激光熱處理就是通過具有足夠功率密度的激光束掃描金屬表面，激光束能量以極快的速度使金屬表面加熱，使其局部表面溫度高達或超過相變溫度(或經熔化並摻入某種合金元素後)，然後以極快的速度自行冷卻，使金屬表面強化、硬化或合金化，從而達到改善和提高金屬表面性能的目的。由於激光功率密度高，加熱及冷卻快，因此可實現自動冷卻淬火。激光熱處理比目前普遍採用的高溫爐(或火焰加熱)處理、化學熱處理以及感應熱處理等方法有許多優點，如處理速度快，不需要淬火介質，硬化均勻，變形小，硬化深度可精確控制，而且可通過光學掃描系統和增加吸收的塗敷物，得到任何形狀的表面熱處理。
三、激光光化學反應加工——激光光刻
隨著微電子工業的發展，集成電路的容量變得越來越大，體積越來越小，它的線度僅1．5～3μm。在傳統的集成電路生產過程中，一般採用光刻的方法：先將電路圖形放大繪制出來，然後用照相製版的方法將電路圖形製成掩膜板，再用掩膜板將電路圖形曝光到塗有光刻膠的基片上，然後進行顯影、烘乾、腐蝕、去膠，就得到了所需的電路圖形了，整個過程非常復雜。
準分子激光器的輸出波長很短，在紫外波段范圍內，可以達到空間解析度為10?7m，而且更易引起光化學反應。用準分子激光照射放在鹵素氣體中的矽片，只有激光照射到的部分才發生光化學反應，產生腐蝕，其他未照射部分則不發生光化學反應。這樣就可以按需要在矽片上蝕刻出線度為10?6m的超大規模集成電路的電路圖形。採用激光不需要使用感光劑，而且極大地簡化了傳統工藝的程序。矽片在曝光的同時，腐蝕也就形成了。只需一道工序即可。另一個典型的例子就是激光蝕刻全息光柵，製作過程與上述類似。
激光加工的主要特點有：
1、非接觸性加工，加工速度快，無雜訊，無刀具磨損。
2、很容易加工普通機械方法加工起來非常困難的高硬度材料，如金剛石、寶石、陶瓷、高硬度合金等。
3、可以進行各種精密加工，如打微米小孔等。
4、熱影響區很小，加工工件基本無變形。
5、激光易於導向和聚焦，可方便地調節光強和焦點位置，易於實現加工過程自動化。