利用高功率密度的雷射光束照射工件,使材料熔化、氣化而進行穿孔、切割和焊接等的特種加工,英文簡稱LBM。

  早期的鐳射加工由於功率較小,大多用於打小孔和微型焊接。到20世紀70年代,隨著大功率二氧化碳雷射器、高重複頻率釔鋁石榴石雷射器的出現,以及對鐳射加工機理和工藝的深入研究,鐳射加工技術有瞭很大進展,使用範圍隨之擴大。數千瓦的鐳射加工機已用於各種材料的高速切割、深熔焊接和材料熱處理等方面。各種專用的鐳射加工設備競相出現,並與與光電跟蹤、計算機數字控制、工業機器人等技術相結合,大大提高瞭激光加工機的自動化水平和使用功能。

  加工原理 從激光器輸出的高強度激光經過透鏡聚焦到工件上,其焦點處的功率密度高達1071012瓦/厘米2,溫度高達1萬攝氏度以上,任何材料都會瞬時熔化、氣化。激光加工就是利用這種光能的熱效應對材料進行焊接、打孔和切割等加工的。通常用於加工的激光器主要是固體激光器(圖1)和氣體激光器(圖2)。使用二氧化碳氣體激光器切割時,一般在光束出口處裝有噴嘴,用於噴吹氧、氮等輔助氣體,以提高切割速度和切口質量。

  特點和應用 激光加工的特點是:①激光束能聚焦成極小的光點(達微米數量級),適合於微細加工(如微孔和小孔等);②功率密度高,可加工堅硬高熔點材料如鎢、鉬、鈦、淬火鋼、硬質合金、耐熱合金、寶石、金剛石、玻璃和陶瓷等;③無機械接觸作用,無工具損耗問題,不會產生加工變形;④加工速度極快,對工件材料的熱影響小;⑤可在空氣、惰性氣體和真空中進行加工,並可通過光學透明介質進行加工;⑥生產效率高,例如打孔速度可達每秒10個孔以上,對於幾毫米厚的金屬板材切割速度可達每分鐘幾米。

  激光加工主要用於穿孔、切割(見激光切割)、劃片、焊接(見激光焊)微調和動平衡校正等方面。穿孔加工主要是加工小孔,孔徑范圍一般為0.01~1毫米,最小孔徑可達0.001毫米,可用於加工鐘表寶石軸承孔、金剛石拉絲模孔、發動機噴嘴小孔和哺乳瓶乳頭小孔等。切割的應用也很廣,不僅用於多種難加工金屬材料的切割或板材的成形切割,而且大量用於非金屬材料的切割,如塑料、橡膠、皮革、有機玻璃、石棉、木材、膠合板、玻璃鋼、佈料、人造纖維和紙板等。切割的優點是速度快,切縫窄(0.1~0.5毫米),切口平整,無噪聲。劃片的應用主要是在集成電路制造中分割制成的晶片。此外,激光快速微量去除材料的這一特點,還可用於薄膜和厚膜電阻微調、樂器簧片調諧、旋轉體(如透平葉輪、陀螺儀、微電機和鐘表擺輪等)的動平衡校正等。激光加工還用於劃線、刻標記、材料表面熱處理和材料沉積等。