㈠ 激光切割有哪些加工方式
激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。现代的激光成了人们所幻想追求的“削铁如泥”的“宝剑”。 以金运激光CO2激光切割机为例，整个系统由控制系统、运动系统、光学系统、水冷系统、排烟和吹气保护系统等组成，采用最先进的数控模式实现多轴联动及激光不受速度影响的等能量切割，同时支持DXP、PLT、CNC等图形格式并强化界面图形绘制处理能力；采用性能优越的进口伺服电机和传动导向结构实现在高速状态下良好的运动精度。
激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。在计算机的控制下，通过脉冲使激光器放电，从而输出受控的重复高频率的脉冲激光，形成一定频率，一定脉宽的光束，该脉冲激光束经过光路传导及反射并通过聚焦透镜组聚焦在加工物体的表面上，形成一个个细微的、高能量密度光斑，焦斑位于待加工面附近，以瞬间高温熔化或气化被加工材料。每一个高能量的激光脉冲瞬间就把物体表面溅射出一个细小的孔，在计算机控制下，激光加工头与被加工材料按预先绘好的图形进行连续相对运动打点，这样就会把物体加工成想要的形状。切割时,一股与光束同轴气流由切割头喷出，将熔化或气化的材料由切口的底部吹出(注：如果吹出的气体和被切割材料产生热效反应,则此反应将提供切割所需的附加能源；气流还有冷却已切割面，减少热影响区和保证聚焦镜不受污染的作用)。与传统的板材加工方法相比,激光切割其具有高的切割质量(切口宽度窄、热影响区小、切口光洁) 、高的切割速度、高的柔性(可随意切割任意形状) 、广泛的材料适应性等优点。
主要工艺有以下几种：
1、汽化切割。
在高功率密度激光束的加热下，材料表面温度升至沸点温度的速度是如此之快，足以避免热传导造成的熔化，于是部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作为喷出物从切缝底部被辅助气体流吹走。一些不能熔化的材料，如木材、碳素材料和某些塑料就是通过这种汽化切割方法切割成形的。
汽化切割过程中，蒸汽随身带走熔化质点和冲刷碎屑，形成孔洞。汽化过程中，大约40%的材料化作蒸汽消失，而有60%的材料是以熔滴的形式被气流驱除的。
2、熔化切割。
当入射的激光束功率密度超过某一值后，光束照射点处材料内部开始蒸发，形成孔洞。一旦这种小孔形成，它将作为黑体吸收所有的入射光束能量。小孔被熔化金属壁所包围，然后，与光束同轴的辅助气流把孔洞周围的熔融材料带走。随着工件移动，小孔按切割方向同步横移形成一条切缝。激光束继续沿着这条缝的前沿照射，熔化材料持续或脉动地从缝内被吹走。
3、氧化熔化切割。
熔化切割一般使用惰性气体，如果代之以氧气或其它活性气体，材料在激光束的照射下被点燃，与氧气发生激烈的化学反应而产生另一热源，称为氧化熔化切割。具体描述如下：
（1）材料表面在激光束的照射下很快被加热到燃点温度，随之与氧气发生激烈的燃烧反应，放出大量热量。在此热量作用下，材料内部形成充满蒸汽的小孔，而小孔的周围为熔融的金属壁所包围。
（2）燃烧物质转移成熔渣控制氧和金属的燃烧速度，同时氧气扩散通过熔渣到达点火前沿的快慢也对燃烧速度有很大的影响。氧气流速越高，燃烧化学反应和去除熔渣的速度也越快。当然，氧气流速不是越高越好，因为流速过快会导致切缝出口处反应产物即金属氧化物的快速冷却，这对切割质量也是不利的。
（3）显然，氧化熔化切割过程存在着两个热源，即激光照射能和氧与金属化学反应产生的热能。据估计，切割钢时，氧化反应放出的热量要占到切割所需全部能量的60%左右。
很明显，与惰性气体比较，使用氧作辅助气体可获得较高的切割速度。
（4）在拥有两个热源的氧化熔化切割过程中，如果氧的燃烧速度高于激光束的移动速度，割缝显得宽而粗糙。如果激光束移动的速度比氧的燃烧速度快，则所得切缝狭而光滑。
4、控制断裂切割。
对于容易受热破坏的脆性材料，通过激光束加热进行高速、可控的切断，称为控制断裂切割。这种切割过程主要内容是：激光束加热脆性材料小块区域，引起该区域大的热梯度和严重的机械变形，导致材料形成裂缝。只要保持均衡的加热梯度，激光束可引导裂缝在任何需要的方向产生。
要注意的是，这种控制断裂切割不适合切割锐角和角边切缝。切割特大封闭外形也不容易获得成功。控制断裂切割速度快，不需要太高的功率，否则会引起工件表面熔化，破坏切缝边缘。其主要控制参数是激光功率和光斑尺寸大小。
㈡ 激光热加工都有哪些方法特点
激光热加工是指激光束作用于物体所引起的快速热效应的各种加工过程。由于激光的方向性好，能量比较集中，如再利用聚焦装置使光斑尺寸进一步缩小，可以获得很高的功率密度，足以使光斑范围内的材料在短时间内达到熔化或汽化温度。激光光化学反应加工是指激光作用于物体，借助高密度高能光子引发或控制光化学反应的各种加工过程，也称为冷加工。工程上不同的加工工艺要求采用不同的激光装置。例如，激光热加工的光源主要采用红外激光器，如CO2激光器、CO激光器和Nd：YAG激光器；激光光化学反应加工的光源主要采用紫外激光器，如准分子激光器。
激光热加工方法：
1、激光焊接
激光焊接过程是将分开的两块材料的边缘熔化，在冷却时它们便凝结在一起，由于在连接过程中像氧化物这类杂质被焊接到表面上，因此激光焊接比普通焊接方法牢固。
激光焊接可分为脉冲激光焊接和连续激光焊接。在连续的激光焊接中又可分为热传导焊接和深穿焊接。随着激光器输出功率的提高，特别是数千瓦级高功率连续CO2激光器的发展，激光深穿焊接已迅速发展起来，输出功率达20kW的CO2激光器，焊接穿透深度可达19mm，用77kW的CO2激光器焊接，最大焊接深度可达2in(50．8mm)。高功率激光深穿焊接具有广泛的应用前景，特别是在机械制造、造船及国防工业上起很重要的作用。
与连续热传导激光焊接(104～105W／cm2的功率密度)不同的是激光深穿焊接是采用105～107W／cm2的高功率密度，焊接时金属表面的温度很高，其热量不能单靠热传导、对流、辐射从激光入射点处排走，而使作用点处的金属达到汽化，因而在材料中会形成“孔穴”。材料内的金属蒸气压有力地支持着“孔穴”周围液态金属。后续的激光束作用在“孔穴”中，通过孔壁的多次反射，使激光束直接进入金属内部，并逐步使“孔穴”加深。深穿焊接的焊接深宽比可达10：1以上，而热传导焊接的深宽比为3：1。
焊接时，在“孔穴”内形成的高压金属蒸气温度很高，在向“孔穴”外喷射后使得“孔穴”表面的气体离化形成等离子体。等离子体形成后反过来又屏蔽后继的激光束，使激光束功率密度降低，这对得到深宽比大的焊接影响很大，严重时不能产生深穿焊接效应。因而在激光深穿焊接中，抑制或吹开等离子体是一个很重要的问题。
在激光焊接中要考虑的另一个重要问题是，必须提供足够的功率使材料熔化，但又不能使它汽化。所以对于铬和钽这样的材料，其熔点和沸点很接近，就不易用激光焊接，必须十分小心地控制激光束功率才能焊接好这些金属。而对金、铜和镍等金属，由于它们的熔点和沸点相差较远，焊接就比较容易。另外，焊接金属时还会碰到的困难是大多数金属的吸收率随温度上升而提高，因此，焊接工件时，由于对激光的吸收常常是一种不稳定状态，为避免汽化。光束功率和照射时间就必须严格控制。
2、激光打孔
与激光焊接相比，激光打孔装置要求聚焦后激光束的功率密度更高，能把材料加热到汽化温度，利用汽化蒸发把加工部分的材料除去。
激光打孔机用的激光器主要有红宝石、钕玻璃、Nd：YAG和CO2激光器等，一般用光学系统将光斑尺寸聚焦到几微米到几十微米。采用调Q脉冲，功率密度达到108～1010W／cm2，可对各种材料加工小孔和微孔，特别适合在高熔点、高硬度的材料上打细小的深孔。从深径比来看，用激光打出的孔，其深度与孔径之比，可高达50以上，这是用其他加工的方法难以达到的。
激光打孔有一定的质量指标，如孔的大小、孔的深度、孔的垂直度以及孔的几何形状(圆度和锥度)。
孑L的深度，由3个因素决定：①孔深正比于脉冲能量。②孔深与聚焦透镜的焦距，有关，一般来讲，当激光能量不变时，短焦距透镜打出的孔要比长焦距透镜打出的孔深些。③孔深还与激光模式有关。在其他条件相同的情况下，基横模激光打出的孔要比多横模激光打出的孔深得多。
孔的准直度指所打孔的轴线与工件表面相垂直，要做到这一点除需要保证工件表面与透镜焦平面平行，还要求激光束垂直地通过透镜的中心。
孔的几何形状，从上向下看是指孔的圆度，从侧面看是指孑L的锥度。一般来说，只有在基横模激光的作用下，才可能得到圆的孔、孔的锥度小且深度深。
3、激光切割
激光切割原理与激光打孔相似，只要移动工件或激光束进行连续打孔形成切缝。由于激光切割具有切缝窄，速度快，即使很脆的材料也能方便地切割等优点，因此，在加工上有着独特的应用。常用连续的或高重复率的大功率Nd：YAG和CO2激光器。有时还用附带有气体喷口的切割机，所用的气体一般为惰性气体或氧气，喷射惰性气体主要是防止工件燃烧或氧化；喷射氧气可以加快切割速度，并能保护光学系统不被汽化的材料所污损。目前，激光已成功地应用于切割钢板、钛板、石英、陶瓷、塑料以及布匹、纸张等许多方面，并且与数控技术结合，可以进行各种精密切割。
4、激光热处理
激光热处理就是通过具有足够功率密度的激光束扫描金属表面，激光束能量以极快的速度使金属表面加热，使其局部表面温度高达或超过相变温度(或经熔化并掺入某种合金元素后)，然后以极快的速度自行冷却，使金属表面强化、硬化或合金化，从而达到改善和提高金属表面性能的目的。由于激光功率密度高，加热及冷却快，因此可实现自动冷却淬火。激光热处理比目前普遍采用的高温炉(或火焰加热)处理、化学热处理以及感应热处理等方法有许多优点，如处理速度快，不需要淬火介质，硬化均匀，变形小，硬化深度可精确控制，而且可通过光学扫描系统和增加吸收的涂敷物，得到任何形状的表面热处理。
三、激光光化学反应加工——激光光刻
随着微电子工业的发展，集成电路的容量变得越来越大，体积越来越小，它的线度仅1．5～3μm。在传统的集成电路生产过程中，一般采用光刻的方法：先将电路图形放大绘制出来，然后用照相制版的方法将电路图形制成掩膜板，再用掩膜板将电路图形曝光到涂有光刻胶的基片上，然后进行显影、烘干、腐蚀、去胶，就得到了所需的电路图形了，整个过程非常复杂。
准分子激光器的输出波长很短，在紫外波段范围内，可以达到空间分辨率为10?7m，而且更易引起光化学反应。用准分子激光照射放在卤素气体中的硅片，只有激光照射到的部分才发生光化学反应，产生腐蚀，其他未照射部分则不发生光化学反应。这样就可以按需要在硅片上蚀刻出线度为10?6m的超大规模集成电路的电路图形。采用激光不需要使用感光剂，而且极大地简化了传统工艺的程序。硅片在曝光的同时，腐蚀也就形成了。只需一道工序即可。另一个典型的例子就是激光蚀刻全息光栅，制作过程与上述类似。
激光加工的主要特点有：
1、非接触性加工，加工速度快，无噪声，无刀具磨损。
2、很容易加工普通机械方法加工起来非常困难的高硬度材料，如金刚石、宝石、陶瓷、高硬度合金等。
3、可以进行各种精密加工，如打微米小孔等。
4、热影响区很小，加工工件基本无变形。
5、激光易于导向和聚焦，可方便地调节光强和焦点位置，易于实现加工过程自动化。