[转帖]神奇的激光加工

乏味 · 发表于 2003-4-29 00:40:00

　　1963年的一天，美国总统肯尼迪在国会上亮出了一把普通的钢尺，一下子引起了轰动，其原因就是这把钢尺被美国科学家用激光打了一个洞。第二天，前苏联领导人也迫不及待地向世人展示了一把被激光打了洞的钢尺。这一加工都是利用激光的高亮度和高定向性的特点，把光能集中在一定的范围内，从而产生几千摄氏度到几万摄氏度以上的高温，在这么高的温度下，一些高熔点的金属和非金属材料都会迅速融化或气化。

　　激光（LASER，有人译为“莱塞”、“镭射”）。世界上第一台激光器是1960年由美国休斯公司科学家梅曼制造出来的。次年我国亦制造出激光器。激光到底是怎么产生的呢？原子由电子和原子核组成。在一般情况下，电子在离原子核较近的轨道上运动。若是电子吸收了一定能量，就会跑到较远的轨道上运动。这样，原子的能量增加了，这叫做跃迁。如果电子从离原子核较远的轨道，跑到较近的轨道上，原子的能量就减少了，这也叫跃迁。如果原子内部运动状态自发地发生变化，激发粒子跃迁到高能级上，经暂短时间后，这个粒子又会跃迁回到低能级状态，并且辐射出一个光子，这叫做自发辐射。若在外来光子激励下，使处在高能级粒子向低能级跃迁并辐射出光子，叫受激辐射跃迁。

　　为了产生激光，只有高低两个能级还不成，还要用有三个能级的，其中一个能级是处于高低能级之间的“亚稳态级”，在这一级上能够存储大量粒子，这样在受激辐射跃迁时，才能产生激光。有些物质（如钕玻璃、掺钕钇铝石榴石）具有四能级，就更容易产生激光。

　　产生激光，还要有“光泵”（叫激励源），用来把大量粒子从低能级激励到高能级上去。氙灯、氪灯等强光的照射，气体放电产生的电子碰撞气体原子，化学反应产生的能量等等，都可以起到光泵的作用。受激辐射跃迁产生的光很弱，还要用“激光谐振腔”把受激辐射放大，使之成为可以使用的激光。由此可知，激光器主要由工作物质、激励源和谐振腔组成。

　　用晶体或玻璃作为工作物质制造的叫固体激光器，主要有红宝石、掺钕钇铝石榴石、掺钕玻璃激光器，其特点是输出功率高，体积小，坚固，但激光频率稳定性差，寿命和效率受激励源的限制。用气体、半导体、有机染料溶液，可分别制造出气体激光器（如氦氖激光器和二氧化碳激光器）、半导体激光器、液体激光器。此外还有准分子激光器、自由电子激光器、量子阱激光器，以及前不久用博塞—爱因斯坦冷凝物制造的原子激光器。

　　经过多年的发展，应用激光加工，特别是特种加工，已成了比较成熟的技术，主要有激光打孔、激光切割、激光焊接、激光表面处理等。激光打孔不是“钻”，而是“烧”。英国曾在1毫米的反应堆燃料颗粒上打了0.8毫米的孔。用机械加工“盲孔”，很麻烦、很困难又不易达到要求，而激光很适于打“盲孔”。

　　搞加工的人都知道，太硬太软的材料都很难加工，激光却适于这些加工。激光擅于切割硬质难熔材料，如石英、陶瓷、钛等，且速度比常规方法快5－15倍；切割氧化硅之类特硬陶瓷材料，切割速度为金刚石砂轮的10倍，并能进行曲线切割。用它加工化纤丝织品，经济效益好。如果用机械切割尼龙丝，容易开绽，也就是容易裂开。用激光进行切割，一边切，一边就将切口融化并凝固起来，不会出现尼龙丝开绽现象.

瑞士联邦工艺研究所的专家发明一种水加激光复合切割方法：顺着一束500个大气压的高压水柱，由固体激光器发射出功率达15千瓦的激光红外脉冲。这样，高压水柱就成了激光的导向装置，使激光束的能量可以完全达到被切割的材料处。另外，水还能够起到冷却作用，并且能够把切割碎屑带走，这种切割装置，其效果更好。

　　激光微型焊接机可称得上是焊接工艺上的“绣花针”，它焊得又快，又准，又好。用激光能焊接熔点特别高的材料，矾土陶瓷的熔点高达2000摄氏度以上，用一般焊接方法很难将它焊接起来，激光却能做到这一点。用激光能将两种性质截然不同的材料，例如把金属和陶瓷、铜和钽焊接起来，其合格率几乎达到100%；而用一般的焊接方法，对于性质不同的材料的焊接很困难，合格率还不到25%呢。还有激光可以在特殊环境里进行焊接，例如真空管的焊接，过去要在真空室内进行，十分不便。现在，只要激光束从已经抽成真空的玻璃罩外射入，并且聚焦在待焊接的元件上，就能够很方便的完成了焊接工作。激光焊接很牢固、生产效率高。用激光热处理，不需要处理的部分就不照射，十分方便，加热时间只有1毫秒左右，而使用寿命可增加1倍。

　　激光在加工方面有很多的应用，而且是在不断发展着。例如，俄罗斯莫斯科天体物理研究所进行试验，用激光除锈。他们把用于切割、焊接和淬火的激光装置稍加调整，使激光束刚好不致于熔化金属，又能使金属表面被剧烈地加热，致使金属表面所有的污物和锈蚀部分直接气化并挥发掉。用这种方法除锈，使金属构件抗腐蚀能力提高3－4倍。这种激光除锈装置，可安装在一辆载重汽车上，能够方便地到处去除锈。

　　激光在加工方面的应用实在是太多、太美妙了，而且将来会日益提高。

joseph · 发表于 2003-5-23 04:47:00

乏味：
我是新来的，请多指教。看得出你从事激光应该很多年了把

zhangjingru8311 · 发表于 2011-5-31 14:44:19

我现在也在从事激光加工研发方面，我要顶顶激光加工，哈哈

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