王新明+任玉燦+張燦果+張海東

摘 要：激光可以對金屬和非金屬進(jìn)行加工，利用成束的激光與被加工材料之間發(fā)生作用使材料發(fā)生溫度變化從而改變組織狀態(tài)以進(jìn)行加工。激光生產(chǎn)制造的類型分為激光焊、激光切分、熱處理、穿孔和精密加工制造等，同時(shí)它還作為識別物體的一種光源。激光生產(chǎn)是涵蓋了多項(xiàng)知識領(lǐng)域的加工方式，匯合了光、機(jī)、電、材料及檢測等多方面技術(shù)。

關(guān)鍵詞：激光；加工；切割

中圖分類號：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.16.111

1 激光綜述

“激光”曾有多個(gè)不同稱呼，如激`光射器、光受激輻射放大器等。錢學(xué)森在1964年首先提到這個(gè)詞，它可以體現(xiàn)出受激輻射的科學(xué)含義，且能形象的使人聯(lián)想到它是一種很強(qiáng)的光。由于它的形象且簡潔，這個(gè)名字受到了大多科學(xué)家們的喜愛，沿用至今。按照通常意義上看，它涉及的方面包括：

（1）激光加工系統(tǒng)。包括激光器、光傳導(dǎo)裝置、生產(chǎn)設(shè)備、檢控系統(tǒng)。

（2）激光加工工藝。包括激光焊、激光切分、熱處理、穿孔和微處理加工等工法。

近幾年來，隨著科學(xué)家和學(xué)者們對這種技術(shù)不斷的探索和鉆研，新的激光技術(shù)涉及了很多方面。目前有一種叫作二極管泵浦金固態(tài)激光器的新型激光器，它標(biāo)志著新一代激光器的改革創(chuàng)新；對采用精密激光生產(chǎn)制造的微處理方式鉆研；制造適應(yīng)生產(chǎn)特點(diǎn)的專用配套激光機(jī)床和相對應(yīng)的激光器，提高生產(chǎn)周期以提高生產(chǎn)效率；生產(chǎn)加工系統(tǒng)智能化提高，在生產(chǎn)加工的基本功能下加入實(shí)時(shí)監(jiān)測、報(bào)警的專家化系統(tǒng)功能，這種形式必然會(huì)長期發(fā)展下去；研究檢查測定激光設(shè)備生產(chǎn)效率和影響質(zhì)量的參數(shù)和調(diào)節(jié)；激光切割分離的應(yīng)用，如在航空、輪船、汽車生產(chǎn)和特殊材料加工行業(yè)的應(yīng)用；采用激光方法進(jìn)行的焊接。對在加工過程中，不同材料焊接使用的參數(shù)跟蹤檢查，從而熟悉了解激光對各種金屬及非金屬材料的焊接方法和各項(xiàng)參數(shù)；用激光對產(chǎn)品表面或加工零件做熱處理改變組織。結(jié)合CAD/CAM、材料物理組織結(jié)構(gòu)，表面熱處理加工等技術(shù)，利用激光提高這方面的生產(chǎn)能力；對加工生產(chǎn)的輔助裝置以及激光束質(zhì)量的研究。分析加工生產(chǎn)中需要怎樣的光束，需要何種的質(zhì)量，以及分析加工中的光學(xué)監(jiān)控檢查系統(tǒng)和輔助工裝設(shè)計(jì)的要求；對利用激光快的特點(diǎn)使材料迅速達(dá)到自己想要的形狀，使激光的使用范圍大大擴(kuò)大；采用激光治?。核诖祟I(lǐng)域的使用包括光醫(yī)治和光檢測兩種，光醫(yī)治中把激光當(dāng)成一種能量，光檢測中把它作為一種可以傳遞消息的工具；激光在物質(zhì)化學(xué)中的應(yīng)用。這一方面對激光的利用具有十分好的前景，但是現(xiàn)如今還處于起步階段。比如利用激光化學(xué)制造藥品，它可以使藥的不同成分快速合成，并且可以將其中的不利成進(jìn)行清除，所以這樣生產(chǎn)出來的藥品不僅安全可靠更有效，而且價(jià)格也比較低。還有在生活中對各種開關(guān)、信號傳輸線路或用電電路的調(diào)整和變動(dòng)也可以通過激光技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

如今，我國積極倡導(dǎo)科技領(lǐng)導(dǎo)生產(chǎn)，綠色技術(shù)，科學(xué)發(fā)展的方式。激光這一類技術(shù)既適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展特點(diǎn)又不會(huì)污染環(huán)境的資源利用是具有很大研究價(jià)值的。如今，我國科學(xué)研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)把激光技術(shù)作為高科技繼續(xù)進(jìn)行研究了。激光使所有的科學(xué)家看到了科技發(fā)展的美好前景和創(chuàng)新機(jī)會(huì)，它必然能夠帶給我們更大的動(dòng)力。另一方面如今在世界上光電技術(shù)是被公認(rèn)為的研究速度最快，最具有科學(xué)研究價(jià)值，也是研究前景最好的科學(xué)高新技術(shù)。而且激光技術(shù)又是光電科學(xué)技術(shù)的研究基礎(chǔ)性方面之一。21世紀(jì)的科學(xué)研究進(jìn)程中，激光技術(shù)結(jié)合各種產(chǎn)業(yè)技術(shù)、光電技術(shù)、通信技術(shù)必然會(huì)推進(jìn)高度帶寬、海量通信、改革性照明技術(shù)的快速發(fā)展。在經(jīng)過了微電子時(shí)代，激光生產(chǎn)在光電領(lǐng)域一定會(huì)再一次促使科技的力量更加壯大。

2 激光發(fā)展方向

2.1 特快且強(qiáng)性激光

這種激光最大的特點(diǎn)是速度快功能強(qiáng)，最大的代表是被稱為飛秒激光技術(shù)的鉆研領(lǐng)域。這種技術(shù)是激光中比較特別的研究技術(shù)和方式，包含了三個(gè)方面：極快方面、極強(qiáng)方面和極精方面對飛秒技術(shù)激光的應(yīng)用研究。在這當(dāng)中，超精細(xì)方向的飛秒技術(shù)是現(xiàn)在全球激光技術(shù)和光電結(jié)合技術(shù)研究中最為先進(jìn)和意義重大的研究課題。

2.2 激光生產(chǎn)技術(shù)在軍事領(lǐng)域的利用

在現(xiàn)代的軍事戰(zhàn)爭中，激光測距儀是使用很廣的一個(gè)工具，在大炮發(fā)射裝置中利用這種工具可以很大程度的提高發(fā)射位置方向的精確度。雷達(dá)上采用激光，由于發(fā)射激光過程中不容易發(fā)散，方向精確，所以相比于無線電技術(shù)的雷達(dá)測量精度會(huì)更加的準(zhǔn)確。并且運(yùn)用激光技術(shù)的雷達(dá)避免了盲區(qū)問題，因此在導(dǎo)彈一開始發(fā)射過程中的監(jiān)控尤為合適。但是由于激光在傳輸過程中會(huì)受到空氣的干涉，所以這項(xiàng)技術(shù)在很大空間的應(yīng)用不適合，目前只適合于作為無線電技術(shù)傳輸?shù)囊粋€(gè)更好的補(bǔ)充。

2.3 通過氣體對激光進(jìn)行研究

現(xiàn)在在科學(xué)上有一種技術(shù)是利用激光對各種激活氣體介質(zhì)的氣體激光器，它是激光器技術(shù)高水平的一項(xiàng)代表。它的最大的優(yōu)點(diǎn)就是被激活氣體很均勻，這樣可以得到優(yōu)良的射束，也可以取得一種激光波長它是從紫外線到紅外線的連貫或脈沖的一種波長。如果在研究中需要從同一臺激光器上取得許多種不同的激光波長，那么可以把特定的一種氣體換成多種氣體組合的氣體。

3 激光切割

激光切割加工是激光技術(shù)中發(fā)展最迅猛的，是綜合了光學(xué)、機(jī)械加工和電學(xué)等多方面學(xué)科的一項(xiàng)綜合加工技術(shù)。光纖激光切割技術(shù)在近些年出現(xiàn)，憑借著與其它傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)相比無可取代的優(yōu)勢迅速發(fā)展起來，成為激光加工技術(shù)中最先進(jìn)的技術(shù)之一。很多企業(yè)早已經(jīng)開始了解開發(fā)研究這項(xiàng)技術(shù)，并且不斷對比光纖激光切割技術(shù)和其它各種不同切割技術(shù)的區(qū)別，最大的開發(fā)激光技術(shù)的優(yōu)勢。

切割最根本的原理就是通過熱源對加工零件進(jìn)行加熱融化氣化，以達(dá)到切割分離的過程。目前通常的熱源加工分三種：火焰、等離子和激光束三種切割方式。其中利用激光對工件進(jìn)行切割成形技術(shù)可以加工特別復(fù)雜又精密度很高的零件，這是其它加工方式無法做到的。在激光切割中，利用光纖進(jìn)行激光傳輸?shù)脑O(shè)備更加先進(jìn)精密，是目前機(jī)械加工行業(yè)普遍關(guān)注的加工方式。光纖傳輸激光切割不僅有其他切割方式快速高效的生產(chǎn)效率和優(yōu)良的截面質(zhì)量，而且操作過程簡單便捷，環(huán)境干凈衛(wèi)生，設(shè)備方便維護(hù)。由于它先進(jìn)高效方便的加工特點(diǎn)，激光切割加工方式是未來生產(chǎn)制造的一個(gè)研究方向，有相當(dāng)大的研究空間。

通常在生產(chǎn)加工中常用的有兩種激光切割設(shè)備，臺式和龍門搭載式。前者是常見于加工鈑金類零件的切割機(jī)，適合于比較薄的板材切割，涉及醫(yī)用設(shè)備、飾品加工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各個(gè)方面。它是把激光器和切割工作臺分離開，利用光纖把激光從激光器中傳輸?shù)焦ぷ髋_的切割頭上實(shí)現(xiàn)加工。根據(jù)切割工作臺內(nèi)部的結(jié)構(gòu)又可以分成多種不同的形式切割。龍門搭載式切割機(jī)相比來說，最大的切割特點(diǎn)是可以切割比較厚的工件，最大可以切割25mm的厚度工件。它的激光器和切割工作臺做成一體，這樣就避免了激光傳輸線路長度的限制。從而龍門搭載切割設(shè)備的切割零件長度和寬度可以很大，最大的加工面積可以加工到寬6m長幾十米的工件。所以這種切割機(jī)特別適合于在大型工程生產(chǎn)中使用，比如輪船，飛機(jī)，大型車類產(chǎn)品中的使用。

雖然激光切割有很多的生產(chǎn)加工優(yōu)勢，但是在操作過程中還是有一些要注意的地方：1、由于激光的特質(zhì)，在激光切割作業(yè)中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的光線，人眼不可以長時(shí)間觀看，以免傷害眼睛。激光束具有很大的能量，如果人體接觸到，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的燒傷，所以要避免激光和人體接觸。2、切割設(shè)備上的激光聚焦鏡里有一種晶體ZnSe，它對人身體有害，所以不可以經(jīng)常觸摸透鏡。如果鏡片損壞了需要更換，壞掉的鏡片也不能到處亂扔。3、切割過程中如果要切割鋁或者其他金屬合金，設(shè)備周圍會(huì)產(chǎn)生大量的粉末灰塵，避免吸入傷害身體。操作者需要戴口罩。另外很多有色金屬都屬于高反材料，加工過程中如果不采取保護(hù)措施很有可能會(huì)由于激光反射損壞激光頭。

參考文獻(xiàn)

[1]吉曉.高能強(qiáng)激光光束質(zhì)量校準(zhǔn)裝置的研究[J].2007：32-40.

[2]黃濤，陳培峰，鄧國華.激光切割數(shù)控系統(tǒng)激光功率控制研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)加工技術(shù)，2004，16（5）：20-22.