常州激光加工设备——激光器

1.Nd:YAG激光器

激光器的激光工作物质为固态的N d:Y A G棒，其激光波长为1.06μm。由于该种激光器的激光转换效率较低，同时受到Y A G棒体积和导热率的限制，其激光输出平均功率不高。但由于N d:Y A G激光器可以通过开关压缩激光输出的脉冲宽度，在以脉冲方式工作时可获得很高的峰值功率（108W），适用于需要高峰值功率的激光加工应用；N d:Y A G激光器另一大优点是可以通过光纤传输，避免了复杂传输光路的设计制作。

2.CO2激光器

C O2激光器的激光工作物质为C O2混合气体，其主要应用的激光波长为10.6μm。由于该种激光器的激光转换效率较高，同时激光器工作产生的热量可以通过对流或扩散迅速传递到激光增益区之外，其激光输出平均功率可以做到很高的水平，满足大功率激光加工的要求。国内外用于激光加工的大功率C O2激光器，主要是横流、轴流激光器。横流激光器的光束质量不太好，为多模输出，主要用于热处理和焊接；轴流激光器的光束质量较好，为基模或准基模输出，主要用于激光切割和焊接。

由于CO2和Nd:YAG激光器具有巨大的功率输出，能够通过热积累效应使得大量热能沉积在辐照区域导致材料熔融、蒸发、去除。用这种激光作用到加工材料上时，由于光波产生的电磁场与材料要相互作用，光能可以转化为热能并进一步转化为化学热、机械能，因此材料的被加工区域通常会发生升温、熔化、汽化、等离子化等多种物理或化学变化，所以可以被广泛用于切割、打孔、焊接、淬火和切削加工等机械制造领域。

激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。目前已成熟的激光加工技术包括：激光切割技术、激光焊接技术、激光热处理和表面处理技术、激光快速成形技术、激光打孔技术、激光打标技术、、激光蚀刻技术、激光微调技术、激光存储技术、激光划线技术、激光清洗技术等。

激光切割

激光切割是利用激光束聚焦形成高功率密度的光斑照射工件,材料吸收光能,温度急剧升高,将材料快速加热至熔化或气化温度,再用喷射气体吹化,以此分割材料。在这一过程中,当激光照射工件表面时,一部分光被工件吸收,另一部分光被工件反射。吸收部分转化为热能,使工件表面温度急剧升高,材料熔化或气化,同时,产生黑洞效应,使材料对光的吸收率提高,迅速加热熔化或气化切割区材料。此时吹氧可以助燃,并提供大量的热能,使切割速度提高等。切割宜用连续输出激光器。特点:激光可切割特硬、特脆及特软材料、高熔点的难加工材料;切缝宽度很窄; 切割表面光洁; 切割表面热影响层浅,表面应力小; 切割速度快,热影响区小; 无机械变形、无刀具磨损,容易实现自动化生产

激光焊接

激光焊接是把激光聚焦成很细的高能量密度光束照射到工件上,使工件受热熔化,然后冷却使工件得到焊接。激光焊结熔深大,速度快,效率高; 激光焊烧区窄,热影响区很小,工件变形也很小,同时,焊缝小,可实现精密焊接; 焊接结构均匀,品粒很小,气孔少,夹杂缺陷少,在机械性能、抗蚀性能和电磁学性能上优于常规焊接方法。

激光热处理

激光热处理是利用高功率密度的激光束对金属进行表面处理的方法。如当把金

属表面加热到仅低于熔点的临界转变温度时,其表面迅速奥氏体化,然后急速自冷淬火,金属表面迅速被强化,即激光相变硬化(激光淬火)。激光表面热处理技术包括激光相变硬化技术、激光涂覆技术、激光合金化技术、激光冲击强化技术等,这些技术对改变材料的机械性能、耐热性和耐腐蚀性等有重要作用