激光加工是繼機(jī)械加工、力加工、火焰加工和電加工之后一種嶄新的加工技術(shù)。激光作為極具特色的光源,也稱(chēng)作“光刀”,它可以解決不同材料的加工、成型、制備等各種制造問(wèn)題。作為神奇的“光刀”,它有許多特點(diǎn):其空間特性的能量分布,根據(jù)需要可“尖”可“鈍”,具時(shí)間特性,可連續(xù)或調(diào)制輸出,根據(jù)被加工材料的吸收系數(shù),其波長(zhǎng)覆蓋紅外到紫外。各種光的參數(shù)搭配,被加工材料范圍可從金屬、復(fù)合材料、半導(dǎo)體材料、陶瓷、玻璃、皮革、布料到人造纖維等,以及其他新材料。
目前,激光加工用激光多于紅外波段。根據(jù)材料吸收激光能量而產(chǎn)生的溫度升高,可以把激光與材料相互作用過(guò)程分為如下幾個(gè)階段:
1、無(wú)熱或基本光學(xué)階段。
從微觀上來(lái)說(shuō),激光是搞簡(jiǎn)并度的光子,當(dāng)它的功率密度很低時(shí),絕大部分的入射光子被材料中電子彈性散射,這段主要物理過(guò)程為反射,透射和吸收。
2、相變點(diǎn)以下加熱。
當(dāng)入射激光強(qiáng)度提高時(shí),入射光子與金屬中電子產(chǎn)生非彈性散射,電子通過(guò)“逆韌致輻射效應(yīng)”,從光子獲取能量。處于受激態(tài)的電子與聲子相互作用,把能量傳給聲子,激發(fā)強(qiáng)烈的晶格震動(dòng),從而使材料較熱。當(dāng)溫度低于相變點(diǎn)時(shí),材料不發(fā)生結(jié)果變化。
3、在相變點(diǎn)以上但熔點(diǎn)加熱。
這個(gè)階段為材料固態(tài)相變,存在傳熱和質(zhì)量傳遞物理過(guò)程。
4、在熔點(diǎn)以上,但低于汽化點(diǎn)加熱。
激光使材料熔化,形成熔池。熔池外主要是傳熱,熔池內(nèi)存在3種物理過(guò)程:傳熱、對(duì)流和傳質(zhì)。
5、汽化點(diǎn)以上加熱出現(xiàn)等離子現(xiàn)象。
激光使材料汽化,形成等離子體,這在激光深熔焊接中是經(jīng)常見(jiàn)到的現(xiàn)象。
總結(jié):
國(guó)內(nèi)目前所擁有的激光技術(shù)完全可以具有強(qiáng)大的能力將生產(chǎn)帶向激光化,實(shí)現(xiàn)日常生活用品的激光加工,為激光技術(shù)的優(yōu)勢(shì)提供更廣的平臺(tái),使得產(chǎn)品和技術(shù)共同發(fā)展和應(yīng)用,強(qiáng)有力的發(fā)展激光加工市場(chǎng)的明天。
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