激光技术研究

王新明+任玉灿+张灿果+张海东

摘 要：激光可以对金属和非金属进行加工，利用成束的激光与被加工材料之间发生作用使材料发生温度变化从而改变组织状态以进行加工。激光生产制造的类型分为激光焊、激光切分、热处理、穿孔和精密加工制造等，同时它还作为识别物体的一种光源。激光生产是涵盖了多项知识领域的加工方式，汇合了光、机、电、材料及检测等多方面技术。

关键词：激光；加工；切割

中圖分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.16.111

1 激光综述

“激光”曾有多个不同称呼，如激`光射器、光受激辐射放大器等。钱学森在1964年首先提到这个词，它可以体现出受激辐射的科学含义，且能形象的使人联想到它是一种很强的光。由于它的形象且简洁，这个名字受到了大多科学家们的喜爱，沿用至今。按照通常意义上看，它涉及的方面包括：

（1）激光加工系统。包括激光器、光传导装置、生产设备、检控系统。

（2）激光加工工艺。包括激光焊、激光切分、热处理、穿孔和微处理加工等工法。

近几年来，随着科学家和学者们对这种技术不断的探索和钻研，新的激光技术涉及了很多方面。目前有一种叫作二极管泵浦金固态激光器的新型激光器，它标志着新一代激光器的改革创新；对采用精密激光生产制造的微处理方式钻研；制造适应生产特点的专用配套激光机床和相对应的激光器，提高生产周期以提高生产效率；生产加工系统智能化提高，在生产加工的基本功能下加入实时监测、报警的专家化系统功能，这种形式必然会长期发展下去；研究检查测定激光设备生产效率和影响质量的参数和调节；激光切割分离的应用，如在航空、轮船、汽车生产和特殊材料加工行业的应用；采用激光方法进行的焊接。对在加工过程中，不同材料焊接使用的参数跟踪检查，从而熟悉了解激光对各种金属及非金属材料的焊接方法和各项参数；用激光对产品表面或加工零件做热处理改变组织。结合CAD/CAM、材料物理组织结构，表面热处理加工等技术，利用激光提高这方面的生产能力；对加工生产的辅助装置以及激光束质量的研究。分析加工生产中需要怎样的光束，需要何种的质量，以及分析加工中的光学监控检查系统和辅助工装设计的要求；对利用激光快的特点使材料迅速达到自己想要的形状，使激光的使用范围大大扩大；采用激光治病：它在此领域的使用包括光医治和光检测两种，光医治中把激光当成一种能量，光检测中把它作为一种可以传递消息的工具；激光在物质化学中的应用。这一方面对激光的利用具有十分好的前景，但是现如今还处于起步阶段。比如利用激光化学制造药品，它可以使药的不同成分快速合成，并且可以将其中的不利成进行清除，所以这样生产出来的药品不仅安全可靠更有效，而且价格也比较低。还有在生活中对各种开关、信号传输线路或用电电路的调整和变动也可以通过激光技术实现。

如今，我国积极倡导科技领导生产，绿色技术，科学发展的方式。激光这一类技术既适应现代科学发展特点又不会污染环境的资源利用是具有很大研究价值的。如今，我国科学研究机构已经把激光技术作为高科技继续进行研究了。激光使所有的科学家看到了科技发展的美好前景和创新机会，它必然能够带给我们更大的动力。另一方面如今在世界上光电技术是被公认为的研究速度最快，最具有科学研究价值，也是研究前景最好的科学高新技术。而且激光技术又是光电科学技术的研究基础性方面之一。21世纪的科学研究进程中，激光技术结合各种产业技术、光电技术、通信技术必然会推进高度带宽、海量通信、改革性照明技术的快速发展。在经过了微电子时代，激光生产在光电领域一定会再一次促使科技的力量更加壮大。

2 激光发展方向

2.1 特快且强性激光

这种激光最大的特点是速度快功能强，最大的代表是被称为飞秒激光技术的钻研领域。这种技术是激光中比较特别的研究技术和方式，包含了三个方面：极快方面、极强方面和极精方面对飞秒技术激光的应用研究。在这当中，超精细方向的飞秒技术是现在全球激光技术和光电结合技术研究中最为先进和意义重大的研究课题。

2.2 激光生产技术在军事领域的利用

在现代的军事战争中，激光测距仪是使用很广的一个工具，在大炮发射装置中利用这种工具可以很大程度的提高发射位置方向的精确度。雷达上采用激光，由于发射激光过程中不容易发散，方向精确，所以相比于无线电技术的雷达测量精度会更加的准确。并且运用激光技术的雷达避免了盲区问题，因此在导弹一开始发射过程中的监控尤为合适。但是由于激光在传输过程中会受到空气的干涉，所以这项技术在很大空间的应用不适合，目前只适合于作为无线电技术传输的一个更好的补充。

2.3 通过气体对激光进行研究

现在在科学上有一种技术是利用激光对各种激活气体介质的气体激光器，它是激光器技术高水平的一项代表。它的最大的优点就是被激活气体很均匀，这样可以得到优良的射束，也可以取得一种激光波长它是从紫外线到红外线的连贯或脉冲的一种波长。如果在研究中需要从同一台激光器上取得许多种不同的激光波长，那么可以把特定的一种气体换成多种气体组合的气体。

3 激光切割

激光切割加工是激光技术中发展最迅猛的，是综合了光学、机械加工和电学等多方面学科的一项综合加工技术。光纤激光切割技术在近些年出现，凭借着与其它传统机械加工技术相比无可取代的优势迅速发展起来，成为激光加工技术中最先进的技术之一。很多企业早已经开始了解开发研究这项技术，并且不断对比光纤激光切割技术和其它各种不同切割技术的区别，最大的开发激光技术的优势。

切割最根本的原理就是通过热源对加工零件进行加热融化气化，以达到切割分离的过程。目前通常的热源加工分三种：火焰、等离子和激光束三种切割方式。其中利用激光对工件进行切割成形技术可以加工特别复杂又精密度很高的零件，这是其它加工方式无法做到的。在激光切割中，利用光纤进行激光传输的设备更加先进精密，是目前机械加工行业普遍关注的加工方式。光纤传输激光切割不仅有其他切割方式快速高效的生产效率和优良的截面质量，而且操作过程简单便捷，环境干净卫生，设备方便维护。由于它先进高效方便的加工特点，激光切割加工方式是未来生产制造的一个研究方向，有相当大的研究空间。

通常在生产加工中常用的有两种激光切割设备，台式和龙门搭载式。前者是常见于加工钣金类零件的切割机，适合于比较薄的板材切割，涉及医用设备、饰品加工、农业生产等各个方面。它是把激光器和切割工作台分离开，利用光纤把激光从激光器中传输到工作台的切割头上实现加工。根据切割工作台内部的结构又可以分成多种不同的形式切割。龙门搭载式切割机相比来说，最大的切割特点是可以切割比较厚的工件，最大可以切割25mm的厚度工件。它的激光器和切割工作台做成一体，这样就避免了激光传输线路长度的限制。从而龙门搭载切割设备的切割零件长度和宽度可以很大，最大的加工面积可以加工到宽6m长几十米的工件。所以这种切割机特别适合于在大型工程生产中使用，比如轮船，飞机，大型车类产品中的使用。

虽然激光切割有很多的生产加工优势，但是在操作过程中还是有一些要注意的地方：1、由于激光的特质，在激光切割作业中会产生强烈的光线，人眼不可以长时间观看，以免伤害眼睛。激光束具有很大的能量，如果人体接触到，会产生严重的烧伤，所以要避免激光和人体接触。2、切割设备上的激光聚焦镜里有一种晶体ZnSe，它对人身体有害，所以不可以经常触摸透镜。如果镜片损坏了需要更换，坏掉的镜片也不能到处乱扔。3、切割过程中如果要切割铝或者其他金属合金，设备周围会产生大量的粉末灰尘，避免吸入伤害身体。操作者需要戴口罩。另外很多有色金属都属于高反材料，加工过程中如果不采取保护措施很有可能会由于激光反射损坏激光头。

参考文献

[1]吉晓.高能强激光光束质量校准装置的研究[J].2007：32-40.

[2]黄涛，陈培峰，邓国华.激光切割数控系统激光功率控制研究[J].组合机床与自动加工技术，2004，16（5）：20-22.