激光切割技术介绍

激光按波段分，可分为可见光、红外、紫外、X光、多波长可调谐，目前工业用红外及紫外激光。例如CO2激光器10.64um红外激光,氪灯泵浦YAG激光器1.064um红外激光,氙灯泵浦YAG激光器1.064um红外激光,半导体侧面泵浦YAG激光器1.064um红外激光。激光器的种类很多，可分为固体、气体、液体、半导体和染料等几种类型：（1）固体激光器一般小而坚固，脉冲辐射功率较高，应用范围较广泛。如：Nd:YAG激光器。Nd（钕）是一种稀土族元素，YAG代表钇铝石榴石，晶体结构与红宝石相似。（2）半导体激光器体积小、重量轻、寿命长、结构简单，特别适于在飞机、军舰、车辆和宇宙飞船上使用。半导体激光器可以通过外加的电场、磁场、温度、压力等改变激光的波长，能将电能直接转换为激光能，所以发展迅速。（3）气体激光器以气体为工作物质，单色性和相干性较好，激光波长可达数千种，应用广泛。气体激光器结构简单、造价低廉、操作方便。在工农业、医学、精密测量、全息技术等方面应用广泛。气体激光器有电能、热能、化学能、光能、核能等多种激励方式。（4）以液体染料为工作物质的染料激光器于1966年问世，广泛应用于各种科学研究领域。现在已发现的能产生激光的染料，大约在500种左右。这些染料可以溶于酒精、苯、丙酮、水或其他溶液。它们还可以包含在有机塑料中以固态出现，或升华为蒸汽，以气态形式出现。所以染料激光器也称为“液体激光器”。染料激光器的突出特点是波长连续可调。燃料激光器种类繁多，价格低廉，效率高，输出功率可与气体和固体激光器相媲美，应用于分光光谱、光化学、医疗和农业。（5）红外激光器已有多种类型，应用范围广泛，它是一种新型的红外辐射源，特点是辐射强度高、单色性好、相干性好、方向性强。（6）X射线激光器在科研和军事上有重要价值，应用于激光反导弹武器中具有优势；生物学家用X射线激光能够研究活组织中的分子结构或详细了解细胞机能;用X射线激光拍摄分子结构的照片,所得到的生物分子像的对比度很高。（7）化学激光器有些化学反应产生足够多的高能原子，就可以释放出大能量，可用来产生激光作用。（8）自由电子激光器这类激光器比其他类型更适于产生很大功率的辐射。它的工作机制与众不同，它从加速器中获得几千万伏高能调整电子束，经周期磁场，形成不同能态的能级，产生受激辐射。（9）准分子激光器、光纤导波激光器等激光主要有四大特性：激光高亮度、高方向性、高单色性和高相干性激光的高亮度：固体激光器的亮度更可高达1011W／cm2Sr。不仅如此，具有高亮度的激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温，这就使其可能可加工几乎所有的材料。激光的高方向性：激光的高方向性使其能在有效地传递较长的距离的同时，还能保证聚焦得到极高的功率密度，这两点都是激光加工的重要条件激光的高单色性：由于激光的单色性极高，从而保证了光束能精确地聚焦到焦点上，得到很高的功率密度。激光的高相干性：相干性主要描述光波各个部分的相位关系。正是激光具有如上所述的奇异特性因此在工业加工中得到了广泛地应用。目前激光已广泛应用到激光焊接、激光切割、激光打孔（包括斜孔、异孔、膏药打孔、水松纸打孔、钢板打孔、包装印刷打孔等）、激光淬火、激光热处理、激光打标、玻璃内雕、激光微调、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封装、激光修复电路、激光布线技术、激光清洗等由于激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的特性，因此就给激光加工带来如下一些其它方法所不具备的可贵特点●由于它是无接触加工，对工件无直接冲击，因此无机械变形；●激光加工过程中无刀具磨损，无切削力作用于工件；●激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有或影响极小。因此，其热影响的区小工件热变形小后续加工最小；●由于激光束易于导向、聚焦、实现方向变换，极易与数控系统配合、对复杂工件进行加工因此它是一种极为灵活的加工方法；●生产效率高，加工质量稳定可靠，经济效益和社会效益好激光加工的优势激光具有的宝贵特性决定了激光在加工领域存在的优势：①由于它是无接触加工，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的。②它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性、及高熔点的材料。③激光加工过程中无“刀具”磨损，无“切削力”作用于工件。④激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有影响或影响极小。因此，其热影响区小，工件热变形小，后续加工量小。⑤它可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。⑥由于激光束易于导向、聚集实现作各方向变换，极易与数控系统配合，对复杂工件进行加工，因此是一种极为灵活的加工方法。⑦使用激光加工，生产效率高，质量可靠，经济效益好。虽然激光加工拥有许多优点，但不足之处也是很明显的，例如激光加工设备目前还比较昂贵。目前激光已广泛应用到激光焊接、激光切割、激光打孔、激光淬火、激光热处理、激光打标、玻璃内雕、激光微调、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封装、激光修复电路、激光布线技术、激光清洗等激光工艺：激光切割工艺：应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。脉冲激光适用于金属材料，连续激光适用于非金属材料，后者是激光切割技术的重要应用领域。现代的激光成了人们所幻想追求的“削铁如泥”的“宝剑”。激光在工业领域中的应用是有局限和缺点的，比如用激光来切割食物和胶合板就不成功，食物被切开的同时也被灼烧了，而切割胶合板在经济上还远不合算。激光焊接工艺：具有溶池净化效应，能纯净焊缝金属，适用于相同和不同金属材料间的焊接。激光焊接能量密度高，对高熔点、高反射率、高导热率和物理特性相差很大的金属焊接特别有利。激光焊接，用比切割金属时功率较小的激光束，使材料熔化而不使其气化，在冷却后成为一块连续的固体结构。激光打孔工艺：激光打孔技术具有精度高、通用性强、效率高、成本低和综合技术经济效益显著等优点，已成为现代制造领域的关键技术之一。在激光出现之前，只能用硬度较大的物质在硬度较小的物质上打孔。这样要在硬度最大的金刚石上打孔，就成了极其困难的事。激光出现后，这一类的操作既快又安全。但是，激光钻出的孔是圆锥形的，而不是机械钻孔的圆柱形，这在有些地方是很不方便的。激光打标工艺：激光打标是激光加工最大的应用领域之一。激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记的一种打标方法。激光打标可以打出各种文字、符号和图案等，字符大小可以从毫米到微米量级，这对产品的防伪有特殊的意义。准分子激光打标是近年来发展起来的一项新技术，特别适用于金属打标，可实现亚微米打标，已广泛用于微电子工业和生物工程。激光去重平衡工艺：用激光去掉高速旋转部件上不平衡的过重部分，使惯性轴与旋转轴重合，以达到动平衡的过程。激光去重平衡技术具有测量和去重两大功能，可同时进行不平衡的测量和校正，效率大大提高，在陀螺制造领域有广阔的应用前景。对于高精度转子，激光动平衡可成倍提高平衡精度，其质量偏心值的平衡精度可达1%或千分之几微米。激光蚀刻工艺：比传统的化学蚀刻工艺简单、可大幅度降低生产成本，可加工0.125～1微米宽的线，非常适合于超大规模集成电路的制造。激光调阻工艺：激光微调技术可对指定电阻进行自动精密微调，精度可达0.01%～0.002%，比传统加工方法的精度和效率高、成本低。激光微调包括薄膜电阻(0.01～0.6微米厚)与厚膜电阻(20～50微米厚)的微调、电容的微调和混合集成电路的微调。激光存储工艺：激光存储技术是利用激光来记录视频、音频、文字资料及计算机信息的一种技术，是信息化时代的支撑技术之一。激光划线工艺：激光划线技术是生产集成电路的关键技术，其划线细、精度高(线宽为15～25微米，槽深为5～200微米)，加工速度快(可达200毫米/秒)，成品率可达99.5%以上。激光清洗工艺：激光清洗工艺的采用可大大减少加工器件的微粒污染，提高精密器件的成品率。激光热、表处理工艺包括：激光相变硬化、激光包覆、激光表面合金化、激光退火、激光冲击硬化、激光强化电镀、激光上釉，这些技术对改变材料的机械性能、耐热性和耐腐蚀性等有重要作用。激光在电子工业中也得到广泛应用。可以用它来进行微型仪器的精密加工，可以对脆弱易碎的半导体材料进行精细的划片，也可以用来调整微型电阻的阻值。随着激光器性能的改善和新型激光器的出现，激光在超大规模集成电路方面的应用已经成为许多其他工艺所无法取代的关键性技艺，为超大规模集成电路的发展展现出令人鼓舞的前景。激光技术是高科技的产物，其产生又推动了科学研究的深入发展，并开拓出许多新的学科领域，如非线性光学、激光光谱学、激光化学、激光生物学等。激光被用来研究与生命密切相关的光合作用、血红蛋白、DNA等的机制。激光还将成为时间和长度的新标准，以后任何高精度的钟表和米尺都可以用某一特定波长的激光束来标定。激光在核能应用上也将大显身手。乐观的专家们估计，到2020年强大的激光会产生安全经济的热核聚变，这类似恒星内部的核反应过程。如果实现，热核聚变将带来巨大无比的社会和经济效益，能源危机亦将不复存在。到那时，一桶水中的氢聚变后所产生的电力足够一个城市使用。目前，激光技术已经融入我们的日常生活之中了。在未来的岁月中，激光会带给我们更多的奇迹。激光对人体伤害主要有两种，对眼睛与皮肤有一定的伤害。激光波长与眼睛伤害：在激光的伤害中，以机体中眼睛的伤害最为严重。波长在可见光和近红外光的激光，眼屈光介质的吸收率较低，透射率高，而屈光介质的聚焦能力（即聚光力）强。强度高的可见或近红外光进入眼睛时可以透过人眼屈光介质，聚积光于视网膜上。此时视网膜上的激光能量密度及功率密度提高到几千甚至几万倍，大量的光能在瞬间聚中于视网膜上，致视网膜的感光细胞层温度迅速升高，以至使感光细胞凝固变性坏死而失去感光的作用。激光聚于感光细胞时产生过热而引起的蛋白质凝固变性是不能可逆的损伤。一旦损伤以后就会造成眼睛的永久失明。激光的波长不同对眼球作用的程度不同，其后果也不同。远红外激光对眼睛的损害主要以角膜为主，这是因为这类波长的激光几乎全部被角膜吸收，所以角膜损伤最重，主要引起角膜炎和结膜炎，患者感到眼睛痛，异物样刺激、怕光、流眼泪、眼球充血，视力下降等。发生远红外光损伤时应遮住保护伤眼，防止感染发生，对症处理。紫外激光对眼的损伤主要是角膜和晶状体，此波段的紫外激光几乎全部被眼的晶状体吸收，而中远以角膜吸收为主，因而可致晶状体及角膜混浊。激光对皮肤的损害：人体皮肤由于生理结构有很敏感的触、疼、温等功能，构成一个完整的保护层。而且皮肤由多组织层次组成，在每一层中都有不同的细胞。激光照到皮肤时，如其能量（功率）过大时可引起皮肤的损伤，当然损伤灶可以由组织修复，虽然功能有所下降，但不影响整体功能结构，与对眼睛的损伤要轻得多。但也须引起高度重视。激光损害皮肤的阈值也很高，各种激光器的输出能量相差很大，目前使用大功率激光器的范围很广泛。激光对皮肤的损伤程度与激光的照射剂量，激光的波长，肤色深浅，组织水分以及皮肤的角质层厚薄诸因素有关，以前三个因素为主要。激光剂量及皮肤损害程度：经大量实践，照射皮肤时使用的激光功率密度（或能量密度）越大，则皮肤受到的损伤越大，二者呈正相关比例。皮肤吸收超过安全阈值的激光能量后，受照部位的皮肤将随剂量的增大而依次出现热致红斑、水泡、凝固及热致炭化、沸腾，燃烧及热致汽化。因此激光损伤皮肤的机理主要是由激光的热作用所致。皮肤吸收激光能量以后，局部的皮肤温度在短时内升高，温度升高的程度不同，造成的损害也不同。尤其是红外激光突出，如CO2激光（汽体激光），皮肤对此类10.6μm波长红外激光吸收率很高，透过率很低，皮肤对CO2激光产生强烈吸收，使皮肤的局部温度快速升高，极容易造成损害。激光损害皮肤的严重程度是由皮肤对激光吸收率决定的，皮肤对激光的吸收率由激光的波长所决定。皮肤对某波长激光的吸收率越高，受到的损伤也越严重。如皮肤对紫外