激光加工

激光雕刻加工是激光系統(tǒng)最常用的應(yīng)用。根據(jù)激光束與材料相互作用的機(jī)理，大體可將激光加工分為激光熱加工和光化學(xué)反應(yīng)加工兩類(lèi)。激光熱加工是指利用激光束投射到材料表面產(chǎn)生的熱效應(yīng)來(lái)完成加工過(guò)程，包括激光焊接、激光雕刻切割、表面改性、激光鐳射打標(biāo)、激光鉆孔和微加工等；光化學(xué)反應(yīng)加工是指激光束照射到物體，借助高密度激光高能光子引發(fā)或控制光化學(xué)反應(yīng)的加工過(guò)程。包括光化學(xué)沉積、立體光刻、激光雕刻刻蝕等。

目錄

1原理

激光加工是利用光的能量經(jīng)過(guò)透鏡聚焦后在焦點(diǎn)上達(dá)到很高的能量密度，靠光熱效應(yīng)來(lái)加工的。 激光加工不需要工具、加工速度快、表面變形小，可加工各種材料。用激光束對(duì)材料進(jìn)行各種加工，如打孔、切割、劃片、焊接、熱處理等。某些具有亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的物質(zhì)，在外來(lái)光子的激發(fā)下會(huì)吸收光能，使處于高能級(jí)原子的數(shù)目大于低能級(jí)原子的數(shù)目——粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，若有一束光照射，光子的能量等于這兩個(gè)能相對(duì)應(yīng)的差，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生受激輻射，輸出大量的光能。

2特點(diǎn)

從全球激光產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，材料加工行業(yè)仍是其主要的應(yīng)用市場(chǎng)，占比為35.2%;通信行業(yè)排名第二，其所占比重為30.6%;另外，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)行業(yè)占據(jù)第三位，其所占比重為12.6%。

與傳統(tǒng)加工技術(shù)相比，激光加工技術(shù)具有材料浪費(fèi)少、在規(guī)模化生產(chǎn)中成本效應(yīng)明顯、對(duì)加工對(duì)象具有很強(qiáng)的適應(yīng)性等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。在歐洲，對(duì)高檔汽車(chē)車(chē)殼與底座、飛機(jī)機(jī)翼以及航天器機(jī)身等特種材料的焊接，基本采用的是激光技術(shù)。

1、激光功率密度大，工件吸收激光后溫度迅速升高而熔化或汽化，即使熔點(diǎn)高、硬度大和質(zhì)脆的材料(如陶瓷、金剛石等)也可用激光加工；

2、激光頭與工件不接觸，不存在加工工具磨損問(wèn)題；

3、工件不受應(yīng)力，不易污染；

4、可以對(duì)運(yùn)動(dòng)的工件或密封在玻璃殼內(nèi)的材料加工；

5、激光束的發(fā)散角可小于1毫弧，光斑直徑可小到微米量級(jí),作用時(shí)間可以短到納秒和皮秒,同時(shí),大功率激光器的連續(xù)輸出功率又可達(dá)千瓦至十千瓦量級(jí)，因而激光既適于精密微細(xì)加工,又適于大型材料加工；

6、激光束容易控制,易于與精密機(jī)械、精密測(cè)量技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)加工的高度自動(dòng)化和達(dá)到很高的加工精度；

7、在惡劣環(huán)境或其他人難以接近的地方，可用機(jī)器人進(jìn)行激光加工。

3分類(lèi)

激光切割

激光切割技術(shù)廣泛應(yīng)用于金屬和非金屬材料的加工中，可大大減少加工時(shí)間，降低加工成本，提高工件質(zhì)量。激光切割是應(yīng)用激光聚焦后產(chǎn)生的高功率密度能量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。與傳統(tǒng)的板材加工方法相比 , 激光切割其具有高的切割質(zhì)量、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(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)。

（1）激光熔化切割

在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助氣流把熔化的材料噴射出去。因?yàn)椴牧系霓D(zhuǎn)移只發(fā)生在其液態(tài)情況下，所以該過(guò)程被稱(chēng)作激光熔化切割。

激光光束配上高純惰性切割氣體促使熔化的材料離開(kāi)割縫，而氣體本身不參與切割。

——激光熔化切割可以得到比氣化切割更高的切割速度。氣化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中，激光光束只被部分吸收。

——最大切割速度隨著激光功率的增加而增加，隨著板材厚度的增加和材料熔化溫度的增加而幾乎反比例地減小。在激光功率一定的情況下，限制因數(shù)就是割縫處的氣壓和材料的熱傳導(dǎo)率。

——激光熔化切割對(duì)于鐵制材料和鈦金屬可以得到無(wú)氧化切口。

——產(chǎn)生熔化但不到氣化的激光功率密度，對(duì)于鋼材料來(lái)說(shuō)，在104W/cm²～105 W/cm²之間。

（2） 激光火焰切割

激光火焰切割與激光熔化切割的不同之處在于使用氧氣作為切割氣體。借助于氧氣和加熱后的金屬之間的相互作用，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)使材料進(jìn)一步加熱。對(duì)于相同厚度的結(jié)構(gòu)鋼，采用該方法可得到的切割速率比熔化切割要高。

另一方面，該方法和熔化切割相比可能切口質(zhì)量更差。實(shí)際上它會(huì)生成更寬的割縫、明顯的粗糙度、增加的熱影響區(qū)和更差的邊緣質(zhì)量。

——激光火焰切割在加工精密模型和尖角時(shí)是不好的（有燒掉尖角的危險(xiǎn)）。可以使用脈沖模式的激光來(lái)限制熱影響。

——所用的激光功率決定切割速度。在激光功率一定的情況下，限制因數(shù)就是氧氣的供應(yīng)和材料的熱傳導(dǎo)率。

（3）激光氣化切割

在激光氣化切割過(guò)程中，材料在割縫處發(fā)生氣化，此情況下需要非常高的激光功率。

為了防止材料蒸氣冷凝到割縫壁上，材料的厚度一定不要大大超過(guò)激光光束的直徑。該加工因而只適合于應(yīng)用在必須避免有熔化材料排除的情況下。該加工實(shí)際上只用于鐵基合金很小的使用領(lǐng)域。

該加工不能用于，象木材和某些陶瓷等，那些沒(méi)有熔化狀態(tài)因而不太可能讓材料蒸氣再凝結(jié)的材料。另外，這些材料通常要達(dá)到更厚的切口。

——在激光氣化切割中，最優(yōu)光束聚焦取決于材料厚度和光束質(zhì)量。

——激光功率和氣化熱對(duì)最優(yōu)焦點(diǎn)位置只有一定的影響。

——所需的激光功率密度要大于108W/cm2，并且取決于材料、切割深度和光束焦點(diǎn)位置。

——在板材厚度一定的情況下，假設(shè)有足夠的激光功率，最大切割速度受到氣體射流速度的限制。

激光焊接

激光焊接是激光材料加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一，焊接過(guò)程屬熱傳導(dǎo)型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，通過(guò)控制激光脈沖的寬度、能量、峰功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已成功地應(yīng)用于微、小型零件焊接中。與其它焊接技術(shù)比較，激光焊接的主要優(yōu)點(diǎn)是：激光焊接速度快、深度大、變形小。能在室溫或特殊的條件下進(jìn)行焊接，焊接設(shè)備裝置簡(jiǎn)單。

激光鉆孔

隨著電子產(chǎn)品朝著便攜式、小型化的方向發(fā)展，對(duì)電路板小型化提出了越來(lái)越高的需求，提高電路板小型化水平的關(guān)鍵就是越來(lái)越窄的線(xiàn)寬和不同層面線(xiàn)路之間越來(lái)越小的微型過(guò)孔和盲孔。傳統(tǒng)的機(jī)械鉆孔最小的尺寸僅為100μm ，這顯然已不能滿(mǎn)足要求，代而取之的是一種新型的激光微型過(guò)孔加工方式。用CO2激光器加工在工業(yè)上可獲得過(guò)孔直徑達(dá)到在30-40μm的小孔或用UV 激光加工10μm左右的小孔。在世界范圍內(nèi)激光在電路板微孔制作和電路板直接成型方面的研究成為激光加工應(yīng)用的熱點(diǎn)，利用激光制作微孔及電路板直接成型與其它加工方法相比其優(yōu)越性更為突出，具有極大的商業(yè)價(jià)值。

激光打孔

采用脈沖激光器可進(jìn)行打孔,脈沖寬度為0.1～1毫秒,特別適于打微孔和異形孔,孔徑約為0.005～1毫米。激光打孔已廣泛用于鐘表和儀表的寶石軸承、金剛石拉絲模、化纖噴絲頭等工件的加工。在造船、汽車(chē)制造等工業(yè)中,常使用百瓦至萬(wàn)瓦級(jí)的連續(xù)CO2激光器對(duì)大工件進(jìn)行切割,既能保證精確的空間曲線(xiàn)形狀,又有較高的加工效率。對(duì)小工件的切割常用中、小功率固體激光器或CO2激光器。在微電子學(xué)中，常用激光切劃硅片或切窄縫，速度快、熱影響區(qū)小。用激光可對(duì)流水線(xiàn)上的工件刻字或打標(biāo)記，并不影響流水線(xiàn)的速度，刻劃出的字符可永久保持。

激光微調(diào)

采用中、小功率激光器除去電子元器件上的部分材料，以達(dá)到改變電參數(shù)（如電阻值、電容量和諧振頻率等）的目的。激光微調(diào)精度高、速度快，適于大規(guī)模生產(chǎn)。利用類(lèi)似原理可以修復(fù)有缺陷的集成電路的掩模，修補(bǔ)集成電路存儲(chǔ)器以提高成品率，還可以對(duì)陀螺進(jìn)行精確的動(dòng)平衡調(diào)節(jié)。

激光熱處理

用激光照射材料，選擇適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)和控制照射時(shí)間、功率密度，可使材料表面熔化和再結(jié)晶，達(dá)到淬火或退火的目的。激光熱處理的優(yōu)點(diǎn)是可以控制熱處理的深度，可以選擇和控制熱處理部位，工件變形小,可處理形狀復(fù)雜的零件和部件,可對(duì)盲孔和深孔的內(nèi)壁進(jìn)行處理。例如，氣缸活塞經(jīng)激光熱處理后可延長(zhǎng)壽命；用激光熱處理可恢復(fù)離子轟擊所引起損傷的硅材料。

激光加工的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大，如用激光制造大規(guī)模集成電路，不用抗蝕劑，工序簡(jiǎn)單,并能進(jìn)行0.5微米以下圖案的高精度蝕刻加工，從而大大增加集成度。此外，激光蒸發(fā)、激光區(qū)域熔化和激光沉積等新工藝也在發(fā)展中。2.2 加工質(zhì)量

4應(yīng)用

激光技術(shù)與原子能、半導(dǎo)體及計(jì)算機(jī)一起，是二十世紀(jì)最負(fù)盛名的四項(xiàng)重大發(fā)明。

激光作為上世紀(jì)發(fā)明的新光源，它具有方向性好、亮度高、單色性好及高能量密度等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、通訊、信息處理、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事、文化教育以及科研等方面。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從高端的光纖到常見(jiàn)的條形碼掃描儀，每年與激光相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)的市場(chǎng)價(jià)值高達(dá)上萬(wàn)億美元。中國(guó)激光產(chǎn)品主要應(yīng)用于工業(yè)加工，占據(jù)了40%以上的市場(chǎng)空間。

激光加工作為激光系統(tǒng)最常用的應(yīng)用，主要技術(shù)包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打標(biāo)、激光鉆孔、微加工及光化學(xué)沉積、立體光刻、激光刻蝕等。

激光加工設(shè)備就是利用激光加工技術(shù)改造傳統(tǒng)制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備之一，主要產(chǎn)品則包括各類(lèi)激光打標(biāo)機(jī)、焊接機(jī)、切割機(jī)、劃片機(jī)、雕刻機(jī)、熱處理機(jī)、三維成型機(jī)以及毛化機(jī)等。這類(lèi)產(chǎn)品已經(jīng)或正在進(jìn)入各工業(yè)領(lǐng)域。

具體應(yīng)用

一、在服裝行業(yè)的應(yīng)用

因?yàn)榧す饧庸すに嚲哂凶詣?dòng)化程度高、加工精確高、速度快、效率高、操作簡(jiǎn)單方便等特點(diǎn)，適應(yīng)了國(guó)際服裝生產(chǎn)技術(shù)潮流所以激光加工技術(shù)以及設(shè)備正在以驚人的速度在服裝行業(yè)內(nèi)得到推廣和普及。

1、激光切割應(yīng)用

激光切割過(guò)程中，不會(huì)使布料變形或起皺，激光切割尺寸精度高，激光切割形狀可隨著圖稿進(jìn)行任意更改，增加了設(shè)計(jì)的實(shí)用性和創(chuàng)造性。另外，激光切割技術(shù)是用“激光刀”代替金屬刀，激光切割任何面料，能瞬間將切口熔化并凝固，縫隙小、精確度高達(dá)到自動(dòng)“鎖邊”的功能。傳統(tǒng)工藝用刀模切割或熱加工，切口易脫絲、發(fā)黃、發(fā)硬。

2、激光雕刻應(yīng)用

激光雕刻是利用軟件技術(shù)，按設(shè)計(jì)圖稿輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)雕刻。激光雕刻是激光加工技術(shù)在服裝行業(yè)中運(yùn)用最成熟、最廣泛的技 術(shù)，能雕刻任何復(fù)雜圖形標(biāo)志，還可以進(jìn)行射穿的鏤空雕刻和表面雕刻，從而雕刻出深淺不一、質(zhì)感不同、具有層次感和過(guò)渡顏色效果的各種圖案。

3、激光打標(biāo)應(yīng)用

激光打標(biāo)具有打標(biāo)精度高、速度快、標(biāo)記清晰等特點(diǎn)。激光打標(biāo)兼容了激光切割、雕刻技術(shù)的各種優(yōu)點(diǎn)，可以在各種材料上進(jìn)行精密加工，還可以加工尺寸小且復(fù)雜的圖案，激光標(biāo)記具有永不磨損的防偽性能。

激光加工在電子行業(yè)應(yīng)用

二、在電子工業(yè)中的應(yīng)用

激光加工技術(shù)屬于非接觸性加工方式，所以不產(chǎn)生機(jī)械擠壓或機(jī)械應(yīng)力，特別符合電子行業(yè)的加工要求。另外，還由于激光加工技術(shù)的高效率、無(wú)污染、高精度、熱影響區(qū)小，因此在電子工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

1、激光劃片

激光劃技術(shù)是生產(chǎn)集成電路的關(guān)鍵技術(shù)，其劃線(xiàn)細(xì)、精度高(線(xiàn)寬為15-25μm，槽深5-200μm)、加工速度快(可達(dá)200mm/s)，成品率達(dá) 99.5%以上。集成電路生產(chǎn)過(guò)程中，在一塊基片上要制備上千個(gè)電路，在封裝前要把它們分割成單個(gè)管芯。傳統(tǒng)的方法是用金剛石砂輪切割，硅片表面因受機(jī)械力而產(chǎn)生輻射狀裂紋。用激光劃線(xiàn)技術(shù)進(jìn)行劃片，把激光束聚焦在硅片表面，產(chǎn)生高溫使材料汽化而形成溝槽。通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖重疊量可精確控制刻槽深度，使硅片很容易沿溝槽整齊斷開(kāi)，也可進(jìn)行多次割劃而直接切開(kāi)。由于激光被聚焦成極小的光斑，熱影響區(qū)極小，切劃50μm深的溝槽時(shí)，在溝槽邊25μm的地方溫升不會(huì)影響有源器件的性能。激光劃片是非接觸加工，硅片不會(huì)受機(jī)械力而產(chǎn)生裂紋。因此可以達(dá)到提高硅片利用率、成品率高和切割質(zhì)量好的目的。還可用于單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽(yáng)能電池的劃片以及硅、鍺、砷化稼和其他半導(dǎo)體襯底材料的劃片與切割。

2、激光微調(diào)

激光微調(diào)技術(shù)可對(duì)指定電阻進(jìn)行自動(dòng)精密微調(diào)，精度可達(dá)0.01%一0.002%，比傳統(tǒng)方法的精度和效率高，成本低。集成電路、傳感器中的電阻是一層電阻薄膜，制造誤差達(dá)上15一20%，只有對(duì)之進(jìn)行修正，才能提高那些高精度器件的成品率。激光可聚焦成很小的光斑，能量集中，加工時(shí)對(duì)鄰近的元件熱影響極小，不產(chǎn)生污染，又易于用計(jì)算機(jī)控制，因此可以滿(mǎn)足快速微調(diào)電阻使之達(dá)到精確的預(yù)定值的目的。加工時(shí)將激光束聚焦在電阻薄膜上，將物質(zhì)汽化。微調(diào)時(shí)首先對(duì)電阻進(jìn)行測(cè)量，把數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的修調(diào)方法指令光束定位器使激光按一定路徑切割電阻，直至阻值達(dá)到設(shè)定值，同樣可以用激光技術(shù)進(jìn)行片狀電容的電容量修正及混合集成電路的微調(diào)。優(yōu)越的定位精度，使激光微調(diào)系統(tǒng)在小型化精密線(xiàn)形組合信號(hào)器件方面提高了產(chǎn)量和電路功能。

3、激光打標(biāo)

激光打標(biāo)是利用高能量密度的激光對(duì)工件進(jìn)行局部照射，使表層材料汽化或發(fā)生顏色變化的化學(xué)反應(yīng)，從而留下永久性標(biāo)記的一種打標(biāo)方法。激光打標(biāo)有雕刻和掩模成像兩種方式:掩模式打標(biāo)用激光把模版圖案成像到工件表面而燒蝕出標(biāo)記。雕刻式打標(biāo)是一種高速全功能打標(biāo)系統(tǒng)。激光束經(jīng)二維光學(xué)掃描振鏡反射后經(jīng)平場(chǎng)光學(xué)鏡頭聚焦到工件表面，在計(jì)算機(jī)控制下按設(shè)定的軌跡使材料汽化，可以打出各種文字、符號(hào)和圖案等，字符大小可以從毫米到微米量級(jí)，激光標(biāo)記是永久性的，不易磨損，這對(duì)產(chǎn)品的防偽有特殊的意義。已大量用在給電子元器件、集成電路打商標(biāo)型號(hào)、給印刷電路板打編號(hào)等。紫外波段激光技術(shù)發(fā)展很快，由于材料在紫外波激光作用下發(fā)生電子能帶躍遷，打破或削弱分子間的結(jié)合鍵，從而實(shí)現(xiàn)剝蝕加工，加工邊緣十分齊整，因此在激光標(biāo)記技術(shù)中異軍突起，尤其受到微電子行業(yè)的重視。

5注意事項(xiàng)

加工精度

激光切割的加工精度是由加工機(jī)性能、光束品質(zhì)、加工現(xiàn)象而決定的整體精度。

一、 關(guān)于尺寸變化

即使按照程序進(jìn)行切割，也有加工產(chǎn)品無(wú)法滿(mǎn)足精度要求的情況。所以需要根據(jù)不同的情況采取對(duì)策。

1.加工產(chǎn)品的全體尺寸有變化

這是由于切口上激光焦點(diǎn)直徑和其周?chē)�燃燒區(qū)域形成的切口寬度所影響的。

雖然在相同條件下，對(duì)相同的加工物，使用同一偏置補(bǔ)償值可以確保其精度，但是焦點(diǎn)位置的設(shè)定要憑借加工機(jī)操作人員的感覺(jué)來(lái)確定，而且熱透鏡作用也會(huì)造成焦點(diǎn)位置的變化，所以需要定期檢查最佳的偏置補(bǔ)償值。

2．加工方向(部分)上的尺寸誤差有差別

板材上部的尺寸精度與尺寸精度有不同的情況。這個(gè)現(xiàn)象要考慮兩方面的原因。首先，光束圓度和強(qiáng)度分布不均一，造成切口寬度沿加工方向有所不同。解決的方法是進(jìn)行光軸調(diào)整或清洗光學(xué)部件。其次，被加工物受熱膨脹會(huì)引起加工形狀長(zhǎng)方向尺寸變短的情況。

3．翹曲引起的變化

尺寸精度雖然在要求范圍內(nèi)，但由于熱變形等原因會(huì)造成發(fā)生翹曲。加工鋁、銅、不銹鋼等時(shí)非常顯著，它受到線(xiàn)膨脹系數(shù)、熱容量等物性的影響。就加工形狀來(lái)說(shuō)，縱橫比越大，翹曲量就越大。采用低熱量加工條件以及加工線(xiàn)路等在加工程序上下工夫，但還沒(méi)有完全解決問(wèn)題。

加工板件所擁有的殘余應(yīng)力對(duì)翹曲和尺寸誤差也有影響，所以我們需要對(duì)加工程序始終保持一定的配置方向。

4．間距精度變化

加工很多孔時(shí)，孔與孔之間的間距精度會(huì)出現(xiàn)偏差。由于在熱膨脹情況下開(kāi)孔，冷卻收縮后，間距變小。我們可以在程序中補(bǔ)正收縮部分的精度或者靈活運(yùn)用形狀縮放功能。無(wú)論什么情況，都要在初期加工后，測(cè)定其加工尺寸，補(bǔ)誤差。當(dāng)間隔精度不隨加工位置而變化，而是在整個(gè)加工區(qū)里都惡化時(shí)，其原因是機(jī)械精度的惡化而造成的。

5．圓度變化

在激光加工中加工孔切割面產(chǎn)生坡度是無(wú)法避免的，下面直徑比背面直徑大，一般都評(píng)估背面稍小一側(cè)的圓度。

激光穿孔

1、穿孔的難度

在切割的開(kāi)始部位加工開(kāi)始加工所需要的孔稱(chēng)做穿孔。板越厚，穿孔就越不穩(wěn)定。可以說(shuō)，板厚大于12.Omm的厚板切割中，發(fā)生加工不良現(xiàn)象的70%起因于穿孔不好。為了實(shí)施穩(wěn)定的穿孔，在這里對(duì)穿孔的加工特性進(jìn)行說(shuō)明。

2、穿孔的原理

在穿孔過(guò)程中，貫通之前加工中產(chǎn)生的熔融金屬堆積在被加工物表面上孔的周?chē)�。從發(fā)光后對(duì)被加工物表面加熱過(guò)程，到緩慢加熱進(jìn)行穿孔作用，直至最后的貫通是連續(xù)進(jìn)行的。這個(gè)方法，如果板件厚度大于9.Omm，則穿孔時(shí)間就會(huì)急劇增加，但是孔徑約為0.5mm，比切口窄，熱影響也小。因此，如果增加加工能力，加大輸出能量，熔融金屬就很難全部從孔徑上部排出，出現(xiàn)過(guò)度燃燒現(xiàn)象。CW條件是在被加工物表面的略微上方設(shè)定焦點(diǎn)位置，增大加工孔徑，迅速加熱的方法。雖然出現(xiàn)大量熔融金屬，飛散到被加工物表面上，但卻大幅度縮短了加工時(shí)間。

在穿孔的孔壁上也會(huì)出現(xiàn)吸收激光能量的現(xiàn)象。在穿孔加工過(guò)程中，照射的激光在穿孔中多重反射，邊被吸收邊向下傳播。為了縮短穿孔時(shí)間，就要補(bǔ)充被孔壁吸收而被減弱的能量，即在穿孔過(guò)程中有必要增加輸出功率。而且，為了減少對(duì)孔壁周?chē)�的熱影響，要在增加輸出功率的同時(shí)，盡可能的縮短穿孔時(shí)間，減少激光對(duì)孔壁周?chē)�的照射�?/P>

3、 對(duì)付穿孔中出現(xiàn)缺陷的四個(gè)原則

穿孔過(guò)程中出現(xiàn)缺陷時(shí)，有必要對(duì)各種現(xiàn)象進(jìn)行原因分析和找出處理方法。

（1）缺陷發(fā)生的瞬間

要確認(rèn)是在穿孔的過(guò)程中，還是在穿孔結(jié)束后開(kāi)始切割時(shí)發(fā)生的缺陷。如果是穿孔過(guò)程中發(fā)生的，則根據(jù)穿孔開(kāi)始或者穿孔過(guò)程中條件切換時(shí)的具體情況，來(lái)修正發(fā)生問(wèn)題的輸出功率和氣壓條件。如果缺陷發(fā)生在穿孔結(jié)束之前，那是因?yàn)樨炌ㄖ�前切換到切割條件，有必要延長(zhǎng)穿孔時(shí)間。

如果切割開(kāi)始時(shí)發(fā)生加工缺陷的現(xiàn)象，那是因?yàn)樵诳椎谋砻嬷車(chē)�堆積的熔融金屬部位難以通過(guò)，所以有必要在開(kāi)始位置設(shè)定脈沖條件或低速條件。

（2）缺陷產(chǎn)生的位置

如果在加工平臺(tái)的特定位置，集中出現(xiàn)穿孔缺陷，那是因?yàn)榧す夤廨S和噴嘴中心偏離。這需要調(diào)整光路偏離。

如果穿孔位置過(guò)于集中或者是在切割線(xiàn)路的附近進(jìn)行穿孔，由于加工位置溫度過(guò)高，也會(huì)造成穿孔缺陷。

將厚12.Omm的SS400板件作為被加工物，材料溫度從常溫變化到200℃，調(diào)查與加工缺陷之間關(guān)系的結(jié)果。數(shù)據(jù)是表示在各溫度條件下進(jìn)行50次穿孔，穿孔缺陷和切割缺陷的發(fā)生比例。溫度越高，缺陷的發(fā)生率就越大。因此有必要研究加工順序，改善程序盡量沿著尚未過(guò)熱的線(xiàn)路進(jìn)行穿孔和切割。

（3）發(fā)生穿孔不良的時(shí)間

隨著加工時(shí)間的推移，加工不良的發(fā)生次數(shù)只見(jiàn)增加不見(jiàn)減少時(shí)，其原因可能是發(fā)振器故障引起的輸出功率變動(dòng)。如果增加冷卻時(shí)間就能恢復(fù)的話(huà)，其原因可能是光學(xué)部件熱透鏡的作用引起的。這種情況下就需要維修光學(xué)部件，并與供應(yīng)商聯(lián)系。

（4）發(fā)生穿孔不良的材料

對(duì)于發(fā)生穿孔不良的材料，要確認(rèn)過(guò)去是否進(jìn)行過(guò)良好加工，確認(rèn)記錄很重要。如果有過(guò)去加工的記錄，就不需要調(diào)整加工條件，可以認(rèn)定是加工機(jī)和光學(xué)部件的缺陷，進(jìn)行檢查找出原因。

4、適當(dāng)?shù)拇┛讞l件

被加工物的厚度越厚，穿孔時(shí)間在整體加工時(shí)間中所占的比例就會(huì)增加，對(duì)縮短穿孔時(shí)間的要求就會(huì)提高。對(duì)穿孔時(shí)間縮短有效的加工條件參數(shù)是脈沖峰值輸出功率和脈沖波形及平均輸出功率。

5、 防止在對(duì)不銹鋼進(jìn)行穿孔時(shí)出現(xiàn)須狀物

在切割不銹鋼時(shí)，孔表面周?chē)鷷?huì)留下飛散須狀的金屬熔渣，在鏡面及條紋表面材料上會(huì)出現(xiàn)劃傷。而且，須狀金屬熔渣與靜電感應(yīng)式加工頭的噴嘴發(fā)生接觸時(shí)，會(huì)出現(xiàn)對(duì)焦異常的報(bào)警。根據(jù)板件的薄厚程度，其相應(yīng)的處理方法也不同，圖3-6表示了其處理措施。圖3-6a是板厚1.Omm的不銹鋼穿孔結(jié)果，脈沖頻率越大，金屬熔渣就越少。圖3-6b是板厚6.Omm的穿孔結(jié)果，設(shè)定的輔助氣體壓力高，就可減少金屬熔渣。

6、 高反射材料穿孔時(shí)的注意事項(xiàng)

在切割銅、純鋁等高反射材料時(shí)，需要在被加工物表面涂抹光束吸收劑。光束吸收劑不僅有提高加工能力的效果，而且從安全的角度上也有抵制反射的作用。加工條件需要降低脈沖頻率，提高脈沖峰值的每1個(gè)脈沖能量。而且通過(guò)增大氣體壓力，使熔融金屬擠入板件內(nèi)部，提高加工能力的效果。

6防護(hù)措施

1、為避免發(fā)生各種傷害，首先對(duì)激光加工設(shè)備采取必要的防護(hù)措施。這些措施主要包括以下方面。

（1）激光加工設(shè)備要可靠接地，電器系統(tǒng)外罩的所有維修門(mén)應(yīng)安裝有連鎖裝置，電器外罩應(yīng)設(shè)置相應(yīng)措施一邊在進(jìn)入維修門(mén)之前使內(nèi)部的電容器組放電。

（2）激光加工設(shè)備應(yīng)有各種安全措施，在激光加工設(shè)備上映舍友明顯的危險(xiǎn)警告標(biāo)志和信號(hào)，如“激光危險(xiǎn)”“高壓危險(xiǎn)”等字樣。

（3）激光加工的光路系統(tǒng)應(yīng)盡可能全部封閉，如使激光在金屬管中傳遞，以防止對(duì)人體的直接照射造成傷害。

（4）如果激光加工的光路系統(tǒng)不可能全封閉，則光路應(yīng)設(shè)在較高的位置，使光束在傳遞過(guò)程中避開(kāi)人的頭部，讓激光從人的高度以上通過(guò)。

（5）激光加工設(shè)備的工作臺(tái)應(yīng)采用 玻璃等防護(hù)裝置屏蔽，以防止激光的反射。

（6）進(jìn)行激光加工的場(chǎng)地也應(yīng)設(shè)有明顯的安全標(biāo)志，并設(shè)置柵欄、隔墻、屏風(fēng)等，防止與工作無(wú)關(guān)人員誤入危險(xiǎn)區(qū)。[1] 

2、對(duì)人身的保護(hù)

（1）對(duì)于激光切割機(jī)的防護(hù)設(shè)備典型的就是激光防護(hù)鏡，因?yàn)榉乐辜す鈱?duì)人眼損傷的防護(hù)鏡，按其防護(hù)原理可分為反射式、吸收式、衍射式和復(fù)合式等幾種，當(dāng)然，他們都會(huì)根據(jù)激光切割機(jī)的激光輻射波長(zhǎng)進(jìn)行過(guò)濾防護(hù)，達(dá)到對(duì)人體的激光切割機(jī)激光的保護(hù)，這也是市場(chǎng)上較為安全方便的激光切割機(jī)的防護(hù)設(shè)備。

（2）人體如果有了足夠的健康程度，對(duì)于激光切割機(jī)的稍微輻射是可以抵御的。所以激光切割機(jī)操作人員要注意酌情多吃一些胡蘿卜、豆芽、西紅柿、瘦肉、動(dòng)物肝等富含維生素A、C和蛋白質(zhì)的食物，經(jīng)常喝些綠茶等等。因?yàn)檫@些食物都能幫助人類(lèi)較好的保護(hù)眼睛，讓人體能夠在激光切割機(jī)輻射的條件下，較好的保護(hù)人體。

7發(fā)展現(xiàn)狀

激光作為上世紀(jì)發(fā)明的新光源，它具有方向性好、亮度高、單色性好及高能量密度等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、通訊、信息處理、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事、文化教育以及科研等方面。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從高端的光纖到常見(jiàn)的條形碼掃描儀，每年與激光相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)的市場(chǎng)價(jià)值高達(dá)上萬(wàn)億美元。我國(guó)激光產(chǎn)品主要應(yīng)用于工業(yè)加工，占據(jù)了40%以上的市場(chǎng)空間。

激光加工作為激光系統(tǒng)最常用的應(yīng)用，主要技術(shù)包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打標(biāo)、激光鉆孔、微加工及光化學(xué)沉積、立體光刻、激光刻蝕等。

激光加工設(shè)備就是利用激光加工技術(shù)改造傳統(tǒng)制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備之一，主要產(chǎn)品則包括各類(lèi)激光打標(biāo)機(jī)、焊接機(jī)、切割機(jī)、劃片機(jī)、雕刻機(jī)、熱處理機(jī)、三維成型機(jī)以及毛化機(jī)等。這類(lèi)產(chǎn)品已經(jīng)或正在進(jìn)入各工業(yè)領(lǐng)域。

從全球激光產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，材料加工行業(yè)仍是其主要的應(yīng)用市場(chǎng)，占比為35.2%;通信行業(yè)排名第二，其所占比重為30.6%;另外，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)行業(yè)占據(jù)第三位，其所占比重為12.6%。

2011年，全球激光工業(yè)加工設(shè)備銷(xiāo)售額獲得了強(qiáng)勁的兩位數(shù)增長(zhǎng)。據(jù)《工業(yè)激光解決方案》(ILS)的數(shù)據(jù)顯示，2011年全球激光系統(tǒng)銷(xiāo)售收入70.60億美元，同比增長(zhǎng)16%，其中，激光器銷(xiāo)售收入19.56億美元，同比增長(zhǎng)18%。

2011年，激光應(yīng)用各領(lǐng)域的增長(zhǎng)同比有所放緩，但在智能手機(jī)、平板電腦、3D電視、觸摸屏、LED及 TFT LCD等產(chǎn)品的帶動(dòng)下，娛樂(lè)及顯示市場(chǎng)成為行業(yè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

2005年至2011年間，我國(guó)激光加工設(shè)備的增長(zhǎng)較快，年均增速超過(guò)20%，遠(yuǎn)高于世界激光加工設(shè)備年均增長(zhǎng)率。2008年后，在調(diào)結(jié)構(gòu)、拉動(dòng)內(nèi)需等措施的刺激下，我國(guó)激光在鐵路機(jī)車(chē)、工程機(jī)械、軍工、新能源等行業(yè)應(yīng)用獲得大幅增長(zhǎng)。

據(jù)前瞻網(wǎng)《2014-2018年中國(guó)激光加工設(shè)備制造行業(yè)產(chǎn)銷(xiāo)需求預(yù)測(cè)與轉(zhuǎn)型升級(jí)分析報(bào)告》調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2009年，我國(guó)激光加工設(shè)備行業(yè)規(guī)模達(dá)到46億元，2010年突破55億元，2011年約為60億元，激光加工設(shè)備市場(chǎng)呈現(xiàn)出穩(wěn)定、高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。預(yù)計(jì)“十二五”期間，我國(guó)激光加工設(shè)備行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模年均增速將超過(guò)20%，市場(chǎng)規(guī)模將有望突破130億元。

激光加工設(shè)備行業(yè)的發(fā)展對(duì)促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步、推動(dòng)對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)改造升級(jí)和加速?lài)?guó)防技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)揮了積極的作用。

8發(fā)展前景

激光應(yīng)用于材料加工，被譽(yù)為制造技術(shù)的革命。據(jù)中國(guó)光學(xué)會(huì)資料，中國(guó)激光加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，總產(chǎn)值已經(jīng)從1999年的1．6億元人民幣增加到2003年的12億元。但從整體實(shí)力上看,中國(guó)對(duì)高功率激光切割技術(shù)和成套設(shè)備的應(yīng)用還處于初級(jí)階段，美國(guó)投入使用的激光切割機(jī)有25000臺(tái)，而中國(guó)僅有600余臺(tái)。

華中科技大學(xué)激光研究專(zhuān)家朱曉說(shuō)：“沒(méi)有掌握核心技術(shù)，造成采購(gòu)成本過(guò)高，是中國(guó)高檔激光器、激光成套設(shè)備市場(chǎng)長(zhǎng)期被國(guó)外產(chǎn)品占領(lǐng)的主要原因。”他舉例說(shuō)，如激光切割設(shè)備，雖然過(guò)去中國(guó)產(chǎn)的每臺(tái)售價(jià)才170萬(wàn)元人民幣，遠(yuǎn)低于進(jìn)口貨70萬(wàn)美元的價(jià)格，但切割性能不能滿(mǎn)足高水平加工的需要，因此中國(guó)激光切割設(shè)備大部分是進(jìn)口貨。

此次武漢華工制造的第二代大型激光切割機(jī)與正在批量制造的第一代國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品相比，切割速度、切割質(zhì)量和安全穩(wěn)定性能都有了很大提高。此外，第三代大型激光切割機(jī)產(chǎn)品的研發(fā)工作正在順利進(jìn)行，樣機(jī)將于2005年初問(wèn)世。

朱曉表示，自20世紀(jì)90年代末至今，中國(guó)激光加工設(shè)備的工藝技術(shù)和制造水平有了重大突破，關(guān)鍵光學(xué)器件實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，數(shù)控技術(shù)也有了大幅提高，加上通過(guò)引進(jìn)吸收海外先進(jìn)技術(shù)，中國(guó)造尖端激光加工設(shè)備在質(zhì)量、功能、穩(wěn)定性等方面與國(guó)際知名品牌的差距已逐漸縮小。

2011調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，中國(guó)已有200余家激光相關(guān)企業(yè)，主要分布在湖北、北京、江蘇、上海和廣東（含深圳、珠海特區(qū)）等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省市，這些地區(qū)的年銷(xiāo)售額約占全國(guó)激光產(chǎn)品市場(chǎng)總額的90%。已基本形成以上述省市為主體的華中地區(qū)、環(huán)渤海、長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲四大激光產(chǎn)業(yè)群。隨著激光加工設(shè)備行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，大型企業(yè)間并購(gòu)整合與資本動(dòng)作日趨頻繁，國(guó)內(nèi)優(yōu)秀的激光加工設(shè)備企業(yè)越來(lái)越重視對(duì)行業(yè)市場(chǎng)的研究。到2014年，一大批新的激光企業(yè)崛起，主要在激光打標(biāo)、激光焊接及3D打印領(lǐng)域。

對(duì)激光加工設(shè)備制造行業(yè)市場(chǎng)跟蹤搜集的一手市場(chǎng)數(shù)據(jù)，采用國(guó)際先進(jìn)的科學(xué)分析模型，全面而準(zhǔn)確的為您從行業(yè)的整體高度來(lái)架構(gòu)分析體系。報(bào)告主要分析了中國(guó)激光加工設(shè)備行業(yè)的生產(chǎn)與發(fā)展；激光加工設(shè)備行業(yè)當(dāng)前的市場(chǎng)環(huán)境與企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力；激光加工設(shè)備行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r及進(jìn)出口市場(chǎng)；激光加工設(shè)備行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局、競(jìng)爭(zhēng)趨勢(shì)；激光加工設(shè)備行業(yè)細(xì)分產(chǎn)品市場(chǎng)發(fā)展?fàn)顩r；激光焊接專(zhuān)利技術(shù)分析；激光加工設(shè)備市場(chǎng)的領(lǐng)先企業(yè)經(jīng)營(yíng)狀況；激光加工設(shè)備行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)與前景預(yù)測(cè)。同時(shí)，佐之以全行業(yè)5年全面詳實(shí)的一手連續(xù)性市場(chǎng)數(shù)據(jù)，讓您全面、準(zhǔn)確地把握整個(gè)行業(yè)的市場(chǎng)走向和發(fā)展趨勢(shì)。

近十年來(lái)，隨著工業(yè)激光應(yīng)用市場(chǎng)在不斷擴(kuò)大，激光加工領(lǐng)域也不斷開(kāi)拓，由傳統(tǒng)的鐘表、電池、衣扣等輕工行業(yè)向機(jī)械制造業(yè)、汽車(chē)制造業(yè)、航空、動(dòng)力和能源以及醫(yī)學(xué)和牙科儀器設(shè)備制造業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域拓展，將有效拉動(dòng)激光加工設(shè)備的需求。

2011年，全球激光工業(yè)加工設(shè)備銷(xiāo)售額獲得了強(qiáng)勁的兩位數(shù)增長(zhǎng)。據(jù)《工業(yè)激光解決方案》(ILS)的數(shù)據(jù)顯示，2011年全球激光系統(tǒng)銷(xiāo)售收入70.60億美元，同比增長(zhǎng)16%，其中，激光器銷(xiāo)售收入19.56億美元，同比增長(zhǎng)18%。2014年全球經(jīng)濟(jì)受到戰(zhàn)爭(zhēng)及經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響，總體下行。但激光切割設(shè)備確得到較大的發(fā)展，國(guó)內(nèi)尤其在厚板精密切割領(lǐng)域的設(shè)備銷(xiāo)量較好。

激光已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、通訊、信息處理、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事、文化教育以及科研等方面。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從高端的光纖到常見(jiàn)的條形碼掃描儀，與激光相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)的市場(chǎng)價(jià)值高達(dá)上萬(wàn)億美元。中國(guó)激光產(chǎn)品主要應(yīng)用于工業(yè)加工，占據(jù)了40%以上的市場(chǎng)空間。

激光加工已經(jīng)或正在進(jìn)入各工業(yè)領(lǐng)域。

2013-2014年，國(guó)產(chǎn)大功率激光切割激光技術(shù)成熟，市場(chǎng)占有率擴(kuò)大。

2012年國(guó)產(chǎn)激光焊接機(jī)技術(shù)趨于成熟，在各精加工行業(yè)廣泛應(yīng)用。

2011年，激光應(yīng)用各領(lǐng)域的增長(zhǎng)同比有所放緩，但在智能手機(jī)、平板電腦、3D電視、觸摸屏、LED及 TFT LCD等產(chǎn)品的帶動(dòng)下，娛樂(lè)及顯示市場(chǎng)成為行業(yè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

2005年至2011年間，中國(guó)激光加工設(shè)備的增長(zhǎng)較快，年均增速超過(guò)20%，遠(yuǎn)高于世界激光加工設(shè)備年均增長(zhǎng)率。2008年后，在調(diào)結(jié)構(gòu)、拉動(dòng)內(nèi)需等措施的刺激下，中國(guó)激光在鐵路機(jī)車(chē)、工程機(jī)械、軍工、新能源等行業(yè)應(yīng)用獲得大幅增長(zhǎng)。

2009年，中國(guó)激光加工設(shè)備行業(yè)規(guī)模達(dá)到46億元，2010年突破55億元，2011年約為60億元，激光加工設(shè)備市場(chǎng)呈現(xiàn)出穩(wěn)定、高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。預(yù)計(jì)“十二五”期間，中國(guó)激光加工設(shè)備行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模年均增速將超過(guò)20%，市場(chǎng)規(guī)模將有望突破130億元。

激光加工設(shè)備行業(yè)的發(fā)展對(duì)促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步、推動(dòng)對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)改造升級(jí)和加速?lài)?guó)防技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)揮了積極的作用。

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