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激光作为最亮的光、最准的尺和最快的刀有着巨大的应用前景，激光作为高新技术正在渗透到各行各业。1960年世界上第一台激光器诞生，使我们得到了地球上前所未有的相干光源。我国于1961年研制出第一台激光器，40多年来，激光技术以其独有的特性和强大的生命力在国防、科技、工业、农业、医学、日常生活等几乎所有领域得到了迅速发展和广泛应用，已与多个学科相结合形成多个应用技术领域，比如光电技术，激光医疗与光子生物学，激光加工技术，激光检测与计量技术，激光全息技术，激光光谱分析技术，非线性光学，超快激光学，激光化学，量子光学，激光雷达，激光制导，激光分离同位素，激光可控核聚变，激光武器等等。这些交叉技术与新的学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。

一、激光技术应用简介

激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微纳加工以及做为光源，识别物体等的一门技术，传统应用最大的领域为激光加工技术。激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，传统上看，它的研究范围一般可分为：1、激光加工系统。包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。2、激光加工工艺。包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标等各种加工工艺。

(1)激光焊接：20世纪60年代出现了激光器，几年以后就开始用激光束去焊接金属零件，将功率密度足够的激光束照射到需要焊接的材料表面，使其局部温度声高直达熔点，被焊接材料结合部位融化成液体，然后冷却凝固，于是两种材料就被熔接在一起。激光焊接可以不用焊剂或填料，直接将两个金属零件焊接起来，被焊接的两部分可以是相同的金属，或是不同的金属，甚至是非金属。激光焊接常用的激光源是气体CO2激光器、固体YAG激光器和半导体泵浦激光器。

(2)激光切割：激光切割是利用激光束形成的高功率密度光斑，将材料快速加热至汽化温度，蒸发形成小孔洞后，再使光束与材料相对移动，从而获得窄的连续切缝。连续激光可用于各种材料的的高效率切割，红外脉冲激光主要用于金属材料的紧密切割，紫外脉冲激光主要用于薄板金属或非金属材料的精密切割。连续激光切割加工是激光加工应用的重要领域，而气体CO2激光切割加工各种金属和非金属则是激光切割应用的最大市场。

激光切割是材料通过吸收激光能量而使其局部熔化，甚至汽化来完成材料的切割加工。当激光功率超过一定值后，在材料被激光穿透前，熔化的材料在激光喷嘴吹出的气流的助推下被反向抛出，同时喷出物继续吸收激光能量，形成等离子体。这些等离子体对激光的吸收率很大。屏蔽了部分激光向材料表面的直接注入，使材料对激光吸收减小，导致加热熔化时间变长，热影响区域变大，因此激光起始穿孔的口径较大。材料对激光的吸收能力决定于激光的偏振性、模式、会聚角、烧蚀前沿的形状和倾角以及材料的性质和氧化程度等一系列因素。

激光切割材料的特点：

* A、切割质量好：割缝窄、精度高、切口光滑平整。

* B、切割速度快、效率高：激光切割加工为无触点加工，惯性小。

* C、影响区域小、几乎无变形：激光照射加工部位的热量很大、温度很高，但照射光点小，并且光束移动速度快。

* D、整洁、安全、劳动强度低。

* E、几乎可用于任何材料的切割：激光亮度高、方向性好，聚焦后的光点很小，能够产生极高的能量密度和功率密度，足以熔化任何金属，还可以加工非金属，特别适合于加工高硬度、高脆性及高熔点的其他方法难以加工的材料。

* F、不易受电磁干扰：激光加工在空气中进行，有时使用适当的辅助气体，光束在空气中传输过程不受电磁场干扰。

* G、激光束易于传送：通过光路系统可以使激光束随意改变方向，甚至可通过光纤传输。

* H、激光切割经济效益好。

* I、节能和节省材料：激光束的能量利用率是常规热加工工艺的10至100倍。

应用：汽车行业、计算机、电气机壳、木刀模业、各种金属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、压克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器。

(3)激光打标：激光打标技术是目前激光加工领域应用最广泛、最成熟的一项技术，目前使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半导体泵浦激光器。

(4)激光打孔：激光打孔属于去除加工范畴，利用激光的功率密度高的特点，将其聚焦，使加工材料瞬间被加热熔化、汽化，熔化物质被蒸气的剩余压力排挤出来，形成孔洞。它主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。激光打孔的迅速发展，主要体现在打孔用YAG激光器的平均输出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。国内目前比较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和天然金刚石拉丝模的生产及钟表和仪表的宝石轴承、飞机叶片、多层印刷线路板等行业的生产中。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主，也有一些准分子激光器、同位素激光器和半导体泵浦激光器。

(5)激光热处理：激光热处理是一种表面改造技术，主要指激光淬火、激光毛化、激光表面合金化、非晶化、冲击强化等。它在汽车工业中应用广泛，如缸套、曲轴、活塞环、换向器、齿轮等零部件的热处理，同时在航空航天、机床行业和其它机械行业也应用广泛。

(6)激光快速成型：现代快速成型综合了机械、电子、光学、材料等学科，以自动、直接、快速、精确为其特征，在产品研发，零件及模具的制造等方面必将对企业的制造方式产生深远的影响。

二、激光加工技术及产业发展重点

目前激光加工技术及产业发展重点可归纳为：

(1)新一代工业激光器研究，目前处在技术上的更新时期，其标志是二极管泵浦全固态激光器的发展及应用。

(2)激光微细加工的应用研究。

(3)激光加工用大功率CO2和固体激光器及准分子激光器的机型研究，开发和研制专用配套的激光加工机床，提高激光器产品在生产线上稳定运行的周期。

(4)加工系统智能化，系统集成不仅是加工本身，而是带有实时检测、反馈处理，随着专家系统的建立，加工系统智能化已成为必然的发展趋势。

(5)建立激光加工设备参数的检测手段，并进行方法研究。

(6)激光切割技术研究。对现有的激光切割系统进行二次开发和产业化，提供性能好、价格便宜的2-3轴数控CO2切割机，并开展相应的切割工艺的研究，使该工艺广泛用于材料加工、汽车、航天及造船等领域。为此应着重在激光器外围装置，如：导光系统、过程监测和控制、喷咀、浮动装置的设计和研制以及CAD/CAM等方面开展工作。

(7)激光焊接技术研究。开展激光焊接工艺及材料、焊接工艺对设备要求及焊接过程参数监测和控制技术研究，从而掌握普通钢材、有色金属及特殊钢材的焊接工艺。

(8)激光表面处理技术研究。开展CAD/CAM技术、激光表面处理工艺、材料性能及激光表面处理工艺参数监测和控制研究，使激光表面处理工艺能较大幅度地应用于生产。

(9)激光加工光束质量及加工外围装置研究。研究各种激光加工工艺对激光光束的质量要求、激光光束和加工质量监控技术，光学系统及加工头设计和研制。

(10)开展激光加工工艺技术研究，重点是材料表面改性和热处理方面的研究和推广应用；开展激光快速成形技术的应用研究，拓宽激光应用领域。