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激光加工技术






电 工 技 术 杂 志

!





激 光 加 工 技 术 ?二 #
丘 军林
光洁 度


? 华 中理 工 大 学 激光 技 术与 工 程 研 究 院 #

,





激光在材料加工 中的 应 用


切 口 上下 保 留锐 边
,

,

无毛 刺



? 高的 切 割 速


. 高 的柔 性
,

切 割过 程 容 易实 现 自动 控 制
, 、 、

/

激光 在材 料 加 工 中的 应 用 主 要 包 括 表 面 处 理
?淬 火


熔 覆 和合 金化 #

焊接



切 割 和打 孔



对于

高的 材 料适 应 性 几 乎可 以 切 割 任 何 金 属 和 非 金 属 材 料 以 及 各种 硬 的 软 的 脆 的 及 塑 性的 尊 同 不
机 械性 能 的材 料


不 同 的 加工 方 式 对 激 光 器 有 不 同功 率 密 度 和 模 式 的

因 此 激 光切 割 是 高 质 量
正 因 为如此
0
,



高效 率
,

要求

,

例如

,

对 于 金 属表 面 的激 光 热 处 理
,
,

,

它 只是

的 一 种 加工 方 法
(

,

国外发展很快




对 被 辐 照 材 料 由表 及 里 的 温度 升 高

但 维 持固 相 不
“。

激 光 材 料 加工 中 ?

左 右是 用于 激光 切 割
,



,

因此 功 率 密 度 较 低
,

大约

?%& ? ()
,

如果 金



激光 焊 接
例如 点焊
,


属 激 光 焊接

要 求材 料 表 面要 熔 化
,
,

其 液 相一 固 相
?

利 用激 光 束 可 以 做 各 种 焊 接



分 界 以 一 定 速 度 向材料深 部 移动
光功 率 密 度
(

则 要 有 较高 的激 &


搭焊



角 焊及
,

1

形焊 等
,



此外

因 为激 光 束

对于 钢铁材料大约
,

护& ?

的 方 向性 很 好

,

能 精 确控 制

采 用 合适 的 导 向 机 构


)

“。

如 果 对 材 料进 行 激光 切 割
,

则要求 材料表 面
,

也 能焊 出任 意 形 状 的焊 缝



激 光 束不 仅 可 以 焊



要气化
?!

显 然要 有 更 高 的 激 光 功 率 密 度
? 日?

例如



般钢铁 及 合 金 材料

,

还 可 以 焊接 那 些 热 导 率 大


?


?

? ) ,
+



2铜

铝 3 和 熔 化 温 度高 2 钨
,

铝3 的金属



激光 切 割
,

激 光焊 接 是 高 速 无接 触 焊 接

因 此 它 不 引 起工 件的
,

激 光 切 割 一 般 是 应 用 在 薄 板 材料的 切 割
开 关板 件
、 、

例如

的 热变 形 接 质量


,

也 不 会 落入 不 良的 物 质
,

从 而 提 高 了焊


仪表 板

,

电 梯的 控制 板




汽 车车 身 覆 盖

由 于 它 功率 密度 高
,

也可 以 进 行 深透焊

大 型 电机 的 定 子 硅 钢 片


木 模 板 以 及 各种 非金
,





正 因为 这 样

激 光 焊 接 在 电子

,

电气
,



汽 车及

属材 料

激 光 切 割 要 求 激 光 器 具 有 较 好 的 光 束模
./

钢 铁 等工 业 都 获 得 了 广泛 应 用 引 线 的焊接
的 密封 焊 接
, ,

例如

集成 电路 外
,




,

一 般 是采 用


从 模加 偏 振特 性
。 ,



这样 功率

电子 枪 的组 件 焊 接
各 种罐 身 的焊 接
, ,

担 电池 和担 电容
导线

密度 高


切缝细 且垂 直


激 光 功 率 则 根 据 板 材厚
,

光 纤的焊 接
,

切 割 速 度 来决 定
,

因此 功 率范 围 较大

通 常大
,

的 焊接 接
,

,

汽 车 车身 点 焊


钢板 拼焊

双 联 齿轮 焊

部 分都 采 用 ? ?
“ 度大 2 ?

? 0 ? & 的 高功 率 1 沁 激 光 器 ?

电机 定 子 焊接 等等


板 材 厚度 小 于 ? ) )
) )
3 4)
5 6

均 可满 足 要 求
,



如 果 板 材厚
,

应 用于 焊 接 的激 光器 根 据 焊 接 的方 式



材料 的

则 要 求 有 更高 的激 光 功 率

例 如切 割
7&

性质

焊 接深 度 及焊 接 速 度 等因 素
,

,

选 择 不 同型 式

厚 的 钦合 金 板

则 要 求激 光 功 率 达 到
,

的 激光 器

功 率 也 要求 不 同 的高功率
;<



例 如 点焊 就 可 以 选 择
,

以 卜



采 用 吹 氧 反 应 熔 化切 割 的 方 法 是 降低 切 割 成

百 瓦级 的 4 5 6 固 体 激 光 器
7 8 9 一 : 89

而 缝焊 一 般 则 采 用
,





提 高 切 割 效 率 的 有效 方 法
,

例 如 在 吹 氧切 割 钢
,

激 光器

如深 度焊 接 则


板时 供

大 约 有 切 割 所 需 能 量 的 ! ? 8 是 来 自铁 的 氧


? 要 采 用 % 8 9 以 上 的高 功 率 = > 激 光 器

对于 焊 接

化反 应
? 8

而 在 吹 氧 切 割钦 合 金 板 时

?

放热 反 应 可 能

的激 光 束 模 式 要 求 比 切 割 稍 低


,

一般 采 用 1 ?
,





的能 量

在 激 光切 割 过 程 中 一 般 采 用 辅 助

,

1?
Β一

7 Α



2 或 1 ? 呱 3 即 可满 足 要 求
,


在激 光 焊接
,

吹 氧 的方 法 ?对 金 属 材 料 #



般 要 采 用 附 加氢 气 和 氮气 来 保 护 透 镜

也 可以

与传 统 的 板材 加 工 方 法 相 比
下 的特 点 切 口 宽度 窄 # 热 影 响 区小 其 深 度 为
,

激 光切 割 具 有 如
!? ?
。 。

减 少金 属 表 面 的 氧 化

9

,

一 般为 !? ? 一 !? ? 数量 级 ?
收 到 修改 稿






高 功率

> =

Χ

激 光 器 不 仅能 焊 接 一 般 金 属
,

,



能焊 接 一 些 特殊性 能 的材料
及 部分非 金 属 2 如 陶瓷


如 舰艇 用 钢




钦 合金

% & & ? (( )

收? 初 稿 + %

% & &? , %

石 英 和玻 璃 等 3




:
?

丘 军林

激 光 加 工 技 术 ?二 #

激光 表 面 热 处 理


孔径 采 用 激光 打 孔 也 是 可 行 的 表 面合
工艺 已 可 加 工 出 直 径 为
?



目前 采 用 激 光 打 孔


激 光 表 面 热处 理 包 括 表 面 硬 化 或淬 火
金化


即) 的 微 孔

例 如在 高

表面 熔覆和激光




上釉







激光热处 理 的


熔 点 金 属 钥板 上 加 工 微 米 量 级 孔 径 的 微 孔 Α 在 坚 硬

特 点 是 加热 快
及薄 壁 等 #
,

工 件 热 变 形 小 乙 它 既 能 对 复杂 形 状

的碳 化 钨合 金 上 加 工 直 径 几 十 微 米 的 小 孔 Α 在 硬 而 脆 的红


的零 件和 零件 局 部 进 行 处 理 ?如 盲 孔
又可 以 对成本

小孔



小槽

蓝宝 石 上 加 工 几 百 微 米 直 径 的 深 孔 等
,

,



低廉 的 零 件 表 面 进 行高


常规 的机 械 加 工 方 法 都 是 不 可 能 的
光打 孔


只 有 借 助 于激

级 金 属 的 局 部 熔 覆 或合 金 化

进行 激 光 热处 理 可 以
( =
9

使用

; 7 & 一 <7 &

多模 的 高 功 率

激光 器



激 光 打 孔 采 用 的激 光 器 一 般 是 钦 玻璃脉冲 固 体 激光器或
Η>Ι

?#

表 面 硬 化或淬火


使 铁 基 合 金 通 过 激 光表
> 6< 6 ? % 6

脉 冲固 体激 光 器
. /> 1姚


,

也 可以 采用 高重


面 硬 化 产 生马 氏体 从 而 增 加 零件表 面 的耐 磨性 能 和

复率 高 功 率 脉 冲

激光 器

所 需 要 的激 光
,

疲 劳 强度 中
,

例 如在 激 光 表 面 硬 化的


钢 样品
,

能 量 与打 孔 的 材 料


孔 径及 孔 深 有 关
,

还 要 合理 选

表 面硬 度 为
?

琅1
Α

,

磨损 ? ? 后 所 产 生 的 质量
而 在 相 同 的试 验条件下
?

择 透 镜的 焦 距 和 离 焦 量 质量
?

激 光 束 的 脉 冲 形状 及 光 束

损耗 为 =
% <
?

!

? )



?

%

? )



6 3 处 理 的 > ; 64%

钢的 硬 度 仅为 :

扭1

,

质 量 损耗 为

激 光 加 工 的 其 他 应用
激 光 毛 化 或雕 刻
1仇

? )


,

经 激 光 表 面 硬化 后 的 祥 品 耐 磨 性 能 提高 : 一
,

?6 #

在 冶金 工 业 中可 以 用 计
激 光 束或
Η> Ι

!




在我国


激 光 表 面 硬 化 已 广 泛 应 用 于 汽 车缸

算机 程 序控 制高 功 率

,

激 光 束在



活 塞环

曲轴



凸 轮 轴 及 锭 杆 等 易 损件 中




,

轧 辊 或 压 辊 上 进 行 毛 化 或刻 花 代替 传统 的 喷丸 方

别 是 对 小 汽 车 缸 套 的热 处 理 已 取 得 明 显 经 济 效 益
经 激 光 表 面 硬 化 的汽 车 缸 套 可 提 高寿 命 0 一 : 倍 ?0 #


可 以 大 大 提 高 产 品 质蚤 和 延 长 轧辊 或 压 辊的寿
在 印 刷 工 业 或印染 工 业 中 可 以 用计 算机 程 序 控






激光 熔 覆 与合 金 化


激 光 熔 筱 与合 金 化 是
,

制 高 功 率 1 # 激 光 束在 辊 筒 上 或 橡 皮 等材 料 上 雕 ? 0
刻 各 种所需图 案 和 文 字 ?0 #

在低熔 点 工 件 上 生 成 高熔点 合 金 层 的 耐 磨性 及 抗 蚀 性
之处
,

借 以 提 高材 料
,

激 光 熔覆 与合 金 化有 许 多 相似

激 光 清洗
,

采 用激 光 束扫描 的 方 法 可 以 除


其 主 要 区 别 在于 经 激 光 作 用 后
,

其 涂 层 的化


去 钢 板 或 其 他 材料表 面 上 的锈 斑 他脏 物
? # :

油漆



油污 及 其


学成 分基 本 上 不 变 化
居内



即 基 体成分 几 乎 没 有进 入 涂

在 国 外还 采用 激 光 束来 修 理 文 物
激 光 制 备粉 末
,

激 光 熔 彼与 合 金 化 已 应 用 于 各 种 阀 门



Ε . 和 Δ 类 粉末 原 用 电 弧 Ε


铸 铁 摸具
,



汽 轮 机 叶片 及 齿轮 的 齿 面 等
, 。

,

经过

熔 化 离 心 旋转 制 粉


但 容 易掺 进 电极 物 质
,

改用高

激 光 熔 镬或 合金 化 的零 件
用寿命

可 以 大 大 提 高零 件 的 使

功 率激 光 束熔 化 离 心 旋转制 粉

其纯 度 可 以 大大 提

增 加 耐磨 及 抗 腐 蚀 的 性 能
,

使 用 的涂层 材




,

粉粒 直 径 为
,

? ? “)



同样 也 可 以 利 用 激 光 束制


料是 各 种 合 金 粉 末



例如









1









Χ


=

?

备非 金 属 粉 末
? # %

例 如 碳 化 硅 一 类 的 耐熔 材料 也可 以
快 速 成 型 补 它 是 集计 算

1



Χ5







1

Χ

5

> ;和 Δ Ε



Φ

用 激 光 束 制备 成 微 细 粉末






进 行 激 光 熔 覆 或 合 金 化 时 必 须 有专 门 的送 粉 装
要 根 据 涂 层 材 料 成 分 及 厚度 来选 择 激 光 功 率 密


激光 制 作 模 具
,

,





激 光 及 树脂辐射 固 化 技 术 于 一 体 的 大 型 现 代 化
它 利 用 1 > ? 技 术形 成 所 需 制 造 实
,



度 及 相应 的输 出 功 率
%
?

模 具 制造 设 备

激 光打 孔 护? ?
以脉 冲方 式 对 材 料


物的 三 维 图形 钻孔
,

井把 这 个 图形 剖 成许 多 片


,

每个 片
经激光

激 光 打 孔 即 用 高 功 率 密 度 的 激 光 ?Γ
(

的 厚 度 刚 好 为树脂 光 照 固 化后 薄 层 的厚 度 作 用 后 形 成 整 体的 三 维 模具

,

)



#

,

”。

它 是 在 材 料被

迅 速 加 热 到 气化 及 熔 化 温 度 后 ?


在 材料 内部 形 成高
,

压 高 温 区 产 生 定 向喷 射 成 孔 的


整 个过 程 只是 在





激 光 在微 细加 工 中 的 应 用
,

的 时 间里 完 成



通 常孔 径孔 形 的 一 致 性 比 较


随 着 大 规模 集成 电路 技 术 的 进 步
工 技 术 得 到 迅 速 的发 展


激光微细加
,



,

一 般只有 : 一 % 级精度

随着 集 成 度 越 来 越 高


线

对 于 那些 在高 硬 脆 材 料 上 加 工 细 微 小 孔 来 讲

,

条 越 来越 细

,

达 到 微米 级 或 亚 微 米 级 的 线 条

要满


选 择 激 光打 孔就 具 有 实 际 意 义

,

对 于 加 工 微 米量 级

足 这 种 加 工 要 求 只 能 求 助 于 激 光 微 细 加 工技 术



电 工 技 术 杂 志

!
, ,





如 激 光 微调



掩 膜修 正
Η>Ι



激光曝光




激 光刻 蚀






解 剖 离的 过 程 化学键断裂
亥蚀 采 用 >
9
,

在 高 能 量 紫外 光 子 作 用 卜 材 料 的


光 淀 积 薄 膜 以 及 激 光划 片 器 为 Κ 开关 脉 冲
?

打标 记 等

常 用 的 激光


并 以 爆 炸 的 形式 脱 离 基 体
Ν

激光诱导
Π
+

激 光 器 和 准 分子 激 光 器


Β

?波 长

9

:

5 5 、

#



Μ Ν
Β



1;

?波

激 光微 调



: 4Ο
Β

5

) #

准分子激光器


,

而 激光 直接刻蚀 则采

这 主要 应 用 于 厚 膜 工中
,

薄 膜 电路 及 单 片 电路 的 加
Η>Ι
?

用>

Ν
?

准分 2激光器 ’

. 采用 Κ 2 关 脉 冲


激 光 进 行 电阻 微 调


,

%

激光 淀积 薄膜 ?1 Θ

; #

#

其精度可高达
0? 8

??

?

一?
,

?

#8

在 集成 电 路 中 的


1Θ ?

技 术是 在 某 种 特 定 的 气氛 中 通 过 化 学 反


电阻 是 一 居 导 电 薄 膜


制造 误 差 可 达
8

8 一 土

应 在 衬 底 上 形 成 所 希 望 薄膜的 一 种 工 艺

如 果要 达 到 Λ




的精 度

,

就可 以 用激 光


利 用 激 光 淀 积 薄 膜 可 以 生 成 金 属 膜 ??



6 >



气 化 去掉 一 部分 从 而 接 近 所 要 求 的阻 值

由 于采 用
,

Ε .



1。



; 3


Ε . 等#

,

采用 > Ν 或 ;
1Θ ?
Τ


ΜΒ Ν

准分 子
,

高 峰 值功 率

,

窄 脉 宽及 高 重 复 率 的 激 光
,

切缝 干


激光 器 作 为光 源
< ΕΣ


而 施 主 气体 是 碳 基 化合 物


金属

不 损伤 基 体
0
?

从 而 实 现快 速 大 面 积 加 工

烷 类 及 某些 卤 化 物 等

利用
0

技 术 还 可在 低 温
5

激光曝 光 技 术
:!
5 5、

下得 到
%

< ,: Δ %



川 姚 和

?#

等绝缘 薄膜

,

日 前 的光 刻 曝 光 是 利 用 掩 膜 板 在 感 光 膜 卜曝

也 可 以 获得 半 导 膜 或 超 导 薄膜 等
‘ ?



,

采 用的 光源 是 用

?



! :
,

. 5

5

近紫外光

激 光 标记
,

?例 如 汞 灯 #

由于 衍 射极 限 的限 制


最 小 线宽 只 能

利 用 激 光 束 并 结 合 使 用透 镜成 像 系统

可以 在

达到

川5

一0拜 )

然 而 由 于大 规 模 集 成 电 路 集 成
?
?

各种 材 料 ?金属 或 非 金 属 # 表 面 标 记 出 各 种 商 标 图



度 的 提 高 要 求达 到 微细化
?
?

拜) 一

拜)



为 了实 现 图形 的
,

文 字 及 出厂 日期等


,

例如 集 成 电路 块 电气元 件等
, 。



电 容器

,

就 必 须 采用 远 紫 外 光 源
,

例 如 采用

ΜΒ Ν

及 显 像管等各种 电 子

准分 激 光
拜)


波 长为

0 %Ο5 )

,

其 分 辨 率 可以 达 到

,

也 可以 用 激 光 束扫 描 的 方 法


利 用 计算 机 控
9


因 此 许 多生 产 大 规 模集 成 电 路 的 公 司 大 部
ΜΒ Ν

直 接在 各 种 材 料 的表 面 书写 或 刻 写 出 所 需 的 图 激光 标记可 以 使 用


分 都采 用
:
?

准 分 子 激光 器 作 为 远 紫 外 光源



形及 文字

(=

激 光器

Η> Ι

激光 刻 蚀


激 光 器 或 准 分子 激光 器
属 材 料 的 标记


1姚

激 光 器 一 般 用 于 非金


是 指 利 用 激 光 束在 半 导 体 材 料上 直 接 刻 蚀 所 需 要 的 电路 图形 这 种 刻 蚀 工 艺 可 以 降 低 对 衬底 材 料


,

而 金 属 材 料 则 采 用其 他 两 种
,

激光

标记 是 永 久 性 标 记 件 型 号及

不可擦除

,

特 别 对 集 成 电路 组
,

的损 伤

,

提 高 图形 的分 辨 率


激 光 刻 蚀 可以 分 为 诱

些 名 优 产 品 的 防 伪 有重 要 意 义

,

因此获

导 刻 蚀 和 直接 刻 蚀

激 光 诱 导刻 蚀 是 在 某 种 诱 导 气
包 括 激 光 作 用下 活 性 物 质 的 生
,

得广泛应用

体 的 辅助 下 进 行 的

,

除此 之 外
火处 理


还 可 以 用 激 光 对半 导 体 材 料进 行 退
,

成 及 其 他 衬 底的相 互 作 用 等 联合 过 程
光 化 学 或 热 效 应 的过 程


因此是






掺杂工 艺


以 及 存 储 器 修理



掩 膜 修理
,



激 光 直接 刻 蚀 则 是 一 个 光







?全 文 完 #
泣 落 争


返 李 争 争 落色 享 争 李 攀 李 李 赓 落色 落这 争 李 净 落 众 毖笼 李李 李 苏 李 享 梦 享 石沌 李 护











挤 李 享落 沌 舒 争 李








落众落众 李

宇落 息


变 色 示温 贴片
变 色 示 温 是 一 项既 古老 而 又 新 颖 的技术
和 示温 蜡 片

,

发达 国 家 早 已 将 其作 为变 压 器 母 排 缆接头


开关触点



电机




轴承



大 功率 器 件 及 集 成 电 路 等 的
它 弥补 Β 其 他温度计 的不
,

我厂
更扩 大

过 热 故障 的



告 密者

” ,

研 制 的 变 色 示 温 贴 片取 代 了早 期 使 用 的温 敏 变 色 漆 这 种 不 Ν胶 示 温 贴 片的 制成
,


使用 者 都 说 效 果好

日 常巡 检 只 需 浏 览 各 贴 片
,

,

是 否 变 色 即 可 完成 繁杂 费 时的 测 温 工 作

进入 现 场

了 变 色示 温 的 应 用 领域 和 作 用

也使 粘 贴 变 得 更为


的 人 员都 能 目 测到 过 热 部 位 制造 地址
9



快捷
?℃ ?℃



简单




本 贴 片 的变 色 温 度 有 % ℃ ?
!? ℃


% ℃
Ο?℃



浙 江 省慈 溪 市 智 能 仪 器 厂
慈溪 市逍 林 镇 樟 新 北 路 北 段
:0 :0 ?

Ω





!






Υ? ℃
,



Υ









9



?? ℃
,



00? ℃

?℃

当被 贴 点 温 度 高 2
,



邮编
电话 接洽

9

变色温度时

贴 片 即 白色 ? 黑 色


且 反 差很大
,

,



9

Υ%



:

? ? Υ0

能 将 温 度 长 期 记录 下 来

国 外 大 量 资 料证 实

世界

9

徐志 丰


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