激光技术在多个领域的应用与研究进展讲解

第一篇：激光技术在多个领域的应用与研究进展讲解

激光技术在多个领域的应用与研究进展(广东 **大学 理学院,广东

【摘要】 自 1960年第一台红宝石激光器问世以来,激光器和激光放大器的发展 非常迅速。激光工作物质已包括晶体、玻璃、光纤、气体、半导体、液体及自由电 子等数百种之多。激光器诞生后 , 以激光器为基础的激光技术得到了广泛的应用 , 对 军事、经济、工农业产生了很大的影响 , 取得了很好的经济效益和社会效益。本文简 单的列出了激光在在多个方面和领域的应用和激光现在的发展技术。随着激光技术 的不断发展和成熟,必将对我们的生活生产和科技起到不可估量的作用。

【关键词】 激光技术 激光应用 激光进展 激光通信 激光医学 激光工程

一、引言

激光原理发现和激光器的诞生是 20 世纪科学技术的一项重大成就。是与原子 能、半导体、算机齐名的四项重大发明之一。激光的发明 , 是光学发展并与其他科 学技术领域紧密结合和相互渗透的产物。激光的出现不但引起了光学革命性的发展, 冲击了整个物理学,并且对其它学科如化学、生物学和技术及应用学科如电机工程 学、材料科学、通信、医学等都产生了巨大的影响。

二、激光在通信领域的应用与研究进展

激光通信依传输介质的不同,分为四种:光纤通信、大气通信、空间通信、水 下通信。

激光器在通信领域的应用 , 发展了光纤通信业 , 光纤通信在军、民用方面都得到 快速发展,它可工作在几十兆赫的短波、超短波波段,也可工作在微波波段一改过 去通信容量有限的面貌。基于 MEMS 技术的波长可调谐激光器被认为是光纤接入网的 最佳选择 【 1】 ,因其具有快速、低功耗、大调节范围的优点,现已逐步得到国内各重 要光通信研究机构的认同和追逐 【 2】。数字光纤通信用激光器代替模拟光纤通信用激 光器, 通过温度控制、预失真补偿电路等线性补偿方法, 以及在输入

端采用 AGC、固 定衰减器等动态范围补偿的方法,使数字光纤通信用激光器在线性度以及动态范围 两方面得到很大的提高,达到模拟光纤通信用激光器的水平,可以应用于短波、超 短波以及微波波段的模拟光纤通信中 【 3】。

大气激光通信是以大气作为传输介质的通信,是激光出现后最先研制的一种通 信方式。虽然大气的吸收、色散使得利用激光在地面上通信具有某种界限,但是目 前已利用气体激光器制造出能在良好气候的晚上传输信息达几百公里,在良好气候 的白天传输信息达几十公里的设备。光通信不但可以传送电话, 而且可以传送数据、传真、电视和可视电话等。现在研究工作主要集中在增大通信距离,提高全天候性 能和传输速率以及实现移动通信等方面 【 4】。21世纪是光电技术突飞猛进的年代, 大气激光通信技术势必将有较大的提高和发展,尤其是在电磁频谱复杂,电子干扰 日益强烈的战场环境,光通信显得尤为重要。因此研究和发展激光通信,加大通信 距离,实现全天候移动通信,是电子对抗和通信对抗的需要,也是未来发展的趋势 之一。

自由空间激光通信是利用激光作为载体在外空间进行高速率、大容量、高保密

性能的空问通信。其中包括深空、同步轨道、低轨道、中轨道卫星问的光通信,有 GEO(geosyn— chronous earth orbit, GEO 一 GEO、GEO — LEO(10w— earth orbit, LEO、LEO — LEO、LEO 一地面等多种形式,同时还包括卫星与地面站之间的通信 ⋯。空间机群指挥也是空间光通信的军事应用目标。由于不受大气粒子的影响,又具有 无损耗、无干扰、成本低、体积小、重量轻等优点,空间卫星光通信受到了相当的 关注 【 5】。空间激光通信系统从功能上分为通信分系统和捕获、跟踪、对准(ATP分系 统。通信分系统除实现高速率、高功率发射和宽带高灵敏度接收外,还将通信 束散角以非常狭窄的光束发射(近衍射极限,一般为十几微弧度量级。这是使空间 激光通信具有远距离、轻小型、高速率通信能力的基础 【 6】。空间激光通信系统经过近20年的快速发展.系统中的诸多关键技术已经取得了突破。目前,国际上已经成 功开展了多个链路的演示验证, 但是距离实际 T 程应用尚有距离。一方面是其丁程性、成熟度、可靠性还需要进一步提高.另一方面

是其通信速率尚没有充分发挥光通信 的技术优势.还需要不断提高以满足现代信息化的需求。

随着高新技术的发展,水下捕捞、探测、控制等的需要,逐渐形成了水下通信 这一个特殊的应用领域。由于海水对频率较高的电磁波的强吸收作用,电磁波在水 中的能量衰减很严重,几乎无法穿过海水传播,以致造成了传统电波在水下通信应 用中的无效性。激光器的发明和应用促进了光通信的发展, 更为水下 光通信带来了 福音,因此对具有高数据传输速率、优良的保密性和抗干扰性的水下通信研究有重 大的战略意义。美国在多次海上激光对潜通信试验的基础上,开展了星载对潜通信 的全面论证,计划采用装有大功率固体激光器的离地面仅有几百千米的廉价、低轨 道卫星, 代替先前计划采用的地球同步卫星, 以开展双工卫星-潜艇激光通信系统的

研究 【 7】。

三、激光在医学领域的应用与研究进展

激光是一方向性强, 单色性能好和能高度集中的相干光束, 利用透镜能聚焦成 非常小的光点,在光点上其能量密度非常高,并且可以在几个微秒或几个毫秒之内 发生作用,激光的光点经聚焦以后其直径可达几十个微米,因而在治疗时可以精确 地选择病变部位 【 8】。激光以其特有的优越性能解决了许多传统医学的难题。激光治 疗最早应用于眼科,对视网膜剥离、眼底血管

病变、虹膜切开、青光眼等一大批眼科疾患均能用激光治疗。激光手术刀具有术中 出血少, 可减少细菌感染等优点。激光与中医针灸术结合而形成的 “光针” , 对镇痛、哮喘、遗尿、高血压等有一定疗效。激光技术为现代医学提供了一种“神力” ,能够 治疗内科、外科、眼科、皮肤、肿瘤和耳鼻喉科的 100多种疾病 【 9】。

低强度医用激光器利用光生物调节作用(photobiomodulation, PBM 调节细胞、器官或组织的功能。PBM 是低强度单色光或激光(10w intensity monochromatic lightor laser irradiation , LIL 对生物系统的一种非损伤非热的光化学调节作用。与

分子发生共振作用的激光波长称为分子的特征波长。内源性光敏剂的特征波长在 可见光区域。细胞膜蛋白的特征波长比长波紫外(320~400nm(ultraviolet A.UVA 短。uL 作用对象的基本单位是细胞, 介导细胞 PBM 有两条通路:内源性光敏剂介导 PBM 的特异性通路,主要通过适量活性氧(reactive oxygenspecies , ROS 进行调节;细 胞膜上蛋白质分子介导 PBM 的非特异性通路,主要通过信号转导和基因表达进行调 节,服从 PBM 的生物信息模型。

高强度医用激光器利用高强度激光(tugh intensity laserirradiation.HIL 的光热效应、冲击波和光声效应等进行手术。HIL 手术和 PBM 在医学中的应用几乎总 是各自独立发展。HIL 光束中心强度非常高,可能损伤损伤半径以内的细胞,但光束在损伤半径以外的平均强度属于低强度范围,可以对损伤半径以外的细胞产生 PBM。HIL 光束损伤半径以 外的部分对没有损伤的细胞所产生的 PBM 可以简单地称为高强度激光生物调节作用(HILbiomodulation, HBM。所以 HIL 光束在损伤半径以内可以切除组织;损伤半径 以外的 HBM 依赖于 HIL 在损伤半径以外的平均剂量,可促进剩余器官的生长乃至恢复 器官的正常功能,或抑制剩余组织的生长 【 10】。

四、激光在工业领域的应用与研究进展

激光因具有单色性、相干性、和平行性三大优点,将此应用于材料加工,形成 一门新型的加工工业——激光工业。激光的空间控制性和时间控制性很好,对加工 对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大,与计算机数控技术相结合, 可构成高效自动化加工设备。广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制 造等重要部门,对提高劳动生产率、产品质

量、自动化、无污染、减少材料消耗等起重要作用 【 11】。经过不断的研究开发,激光 已经广泛应用于切削加工、焊接、表面工程技术、非金属材料和硬质合金加工等方 面。

激光熔覆是通过在基材表面添加熔覆材料,并利用高能密度激光束辐照加热, 使熔覆材料和基材表面薄层发生熔化,并快速凝固,从而在基材表面形成与其为冶 金结合的添料熔覆层田。激光熔覆具有如下优点:激光束的能量密度高,加热速度 快,对基材的热影响较小,引起工件的变形小;控制激光的输入能量,可将基材的

稀释作用限制在极低的程度(一般为2％～8％，从而保持了原熔覆材料的优异性能； 激光熔覆层与基材之间结合牢固(冶金结合，且熔覆层组织细小。这些特点使得激 光熔覆技术近十年来在材料表面改性方面受到高度的重视 【12】。激光堆焊可以获得高性能(如耐磨性、耐腐蚀性能、抗氧化性能、热障性能等 的合金堆焊层，而且具有激光堆焊层与基体的结合为冶金结合，组织极细，覆层成 分及稀释率可控，覆层厚度大，热变形小，易实现选区堆焊，工艺过程易实现自动 化等特点。因此激光堆焊技术在材料的表面处理方面倍受关注，并在工业易损件修 复、双金属零件的制造等方面应用上已经取得了一定的成果。激光堆焊材料的成分 直接决定了堆焊层的使用性能，为了适应复杂的应用环境，人们研究出了多种成分、多种形态的堆焊材料。目前常用的堆焊材料为铁基合金、钴基合金、镍基合金。它 们共同的特点是较低的应力磨粒磨损能力，优良的耐磨蚀、耐热和抗高温氧化性能。其中铁基合金不仅因其价格低廉、而且由于通过调整成分、组织。可以在很大范围 内改变堆焊层的强度、硬度、韧性、耐磨、耐蚀、耐热和抗冲击性。是应用最为广。泛的一种堆焊合金【13】 激光对金属材料的表面处理，是近十年来发展起来的一项新技术。无论是对黑 色金属还是有色金属，在实践的应用中它都显示了独特的优越性，并在工业生产上 得到了广泛的应用。用激光处理金属，一般是以一定模式的激光光束对准工件需处 理的部位，由工件随工作台的移动（转动或平移）来实现激光扫描。为防止表面氧 化及等离子体的生成，常采用惰性气体保护系统，一般工件的处理均为空冷，有些 特殊要求件也可采用液氮冷却 【14】。由于激光加工显示出明显的质量和效益上的优越 性，使其应用得到迅速发展。6 激光打标可以按激光与材料作用的方式分为表面打标(如雕刻和材料转化(如 漂白。激光表面打标作为较早的一种方法，它是利用蒸发或烧蚀材料表面的一个浅

层来产生所需的标记。近年来，越来越盛行在塑料的亚表面打标。这种方法通常添 加某种敏感的颜料，激光经光化学作用改变塑料或所加颜料的颜色 【15】。未来的世纪，激光技术的新应用将不断使奇迹变得平凡，激光发展的历史证 明了这一点。激光技术将更深人地与人类的发展相联系，她会默默地服务于我们的 生活而不为我们所感知。参考文献： 【1】 牛燕炜，朱守正，陈燕仙，等.MEMS 开关可重构矩形缝隙环天线的设计[J].通信技术 2008(12：55-60.【2】 苏福根，金经莉.光纤通信中的 MEMS 外腔可调谐激光器技术 【J】.通信技术，2009，42（7）：393-396.【3】 王景国，曾奕衡.数字激光器在模拟光纤通信中的应用【J】.光纤与电缆及 其应用技术，2008（1）：38-40.【4】 王海先.大气中的激光通信技术 【J】.红外与激光工程，2001，（1）45-49.30 ： 【5】 陈娅冰，赵尚弘，朱蕊蘋，等.自由空间卫星激光通信【J】.系统工程与电 子技术，2003，25（9）：1173-1175.【6】 佟首峰，姜会林，张立中.高速率空间激光通信系统及其应用【J】.红外与 激光工程，2010，39（4）:649-654.【7】 邓小芳，周胜源，林基明.水下光通信系统的建模与仿真【J】.光通信技术，7 2009，33（6）：41-42.【8】 朱菁.激光医学【M】.上海：上海科学技术出版社，2003.【9】 王晓敏，陈培昕，李怡勇.激光在临床医学中的若干应用与进展【J】.医疗设 备信息，2006，21（6）：42-44.【10】 刘承宜，刘江，张燕，等.激光医学原理与医用激光器【J】.激光与光电子 进展，2006，43（9）：31-35.【11】 戴波.激光技术与工业应用【J】.装备制造技术，2009（2）：127-128.。在医学领域,建立了激光医疗产业, 【12】 刘录录，孙荣禄.激光熔覆技术及工业应用研究进展 【J】.热加工工艺，2007，36（11）：58-60.【13】 王小范，姚建华，张群莉.激光表面堆焊技术的应用及展望【J】.兵器材料 科学与工程，2005，28（4: 67-70.【14】姚建华，苏宝蓉.金属表面激光处理技术及其工业应用【J】.电力机车技术，2002，25（5）：28-30.【15】苏红新.激光打标的应用趋势【J】.光电子技术与信息，1998,11(3:32-35.8

第二篇：激光3D打印技术的应用讲解

激光3D打印技术的应用—说课稿

本次课主要讲解激光3D打印技术的应用。

教学目标是：通过本次课的学习，让你了解激光3D打印技术的应用领域。

目前，激光3D打印需求量较大的主要有航天、医疗、制造业等诸多行业，我们一一讲解：

应用1：航天航空

我国歼15在装机试车时，采用传统铸造技术研制的一个关键零件始终不合格。当时，在时间非常紧迫又缺乏相同金属材料的情况下，利用激光3D打印技术直接打印出一种性能比较接近的金属零件，最终通过了检测。

西北工业大学甚至可以利用激光直接3D打印出飞机机翼，这也是一个非常了不起的成绩。

应用2：医疗

人类是很脆弱的生物，稍不留神，身体上就会受到伤害而无法弥补。现在可以利用3D打印技术培养出人体细胞及组织，从而制造出医疗植入物将提高伤残人士的生活质量。

3D打印的人体器官有很多优势，它可以根据人体特征进行精确配型，让打印出的器官及组织在人体内更好的工作。

比如，上图利用3D打印出的血管组织，和下图3D打印的心脏，都可以根据人体特征进行精确配型。

当前，3D打印已经成功打印出人体的各器官，而且这些器官和组织已经应用于手术之中。

激光3D打印技术在医疗应用方面的研究已经涉及纳米医学、制药乃至器官制造。我们相信，3D打印技术在未来一定会使定制药物成为现实，来缓解当前器官供体短缺的、等问题。

应用3：工业设计

3D打印可以为工业设计提供优势。在设计的早期阶段，无论在功能还是创意上，实体模型都能为您提供宝贵的信息。

比如这些栩栩如生的实体模型，都是3D打印而成，实体模型是你与客户交流沟通的最有效工具，在将数据从计算机挪到生产线之前，它也是对数字模型进行测评的最佳工具，可以极大地缩短研发周期。

应用4：建筑房产

3D打印在建筑行业的应用已经很普遍。

我们可以利用3D打印直接打印出建筑模型，比如这2个建筑。

让用户对建筑的风格、样式、甚至色彩都一目了然，其真实度可以达到100%。如果用户还想进一步了解的话，我们甚至可以打印出个性家装设计及建筑户型三维实物模型。

比如这2个三维的户型以及家装设计实物模型。

应用5：制造业

3D打印离大规模应用尚存距离，但在制造领域已经先行一步，比如可以直接打印出太阳能电池。

内部多孔的，利用传统工艺不易制作的复杂零件。甚至可以直接打印出赛车的零部件。

应用6：个性饰品

随着社会的不断发展，人们的个性化需要也越来越多。3D打印正好可以满足这一需求。

比如我们可以直接打印出具有个人意愿的时尚珠宝等个性首饰。

小结一下这次课的主要内容：

本次课介绍了激光3D打印技术的主要应用行业：

主要有航天航空、医疗、工业设计、建筑房产、制造业、个性饰品等。除了这些，3D打印还在文物保护、食品制造、科学研究等多个方面也有用武之地。而且随着技术的进步，它的应用肯定会越来越广泛。

最后看一下我们的作业。

作业1：你觉得，激光3D打印技术在航空航天的应用有何特点？ 作业2：拓展题，你估计，激光3D打印技术在文物保护可以起到什么作用？ 本次课就讲到这里。

第三篇：激光熔覆技术分析与展望讲解

激光熔覆技术分析与展望

作者：张庆茂激光熔覆是一种新型的涂层技术，是涉及到光、机、电、材料、检测与控制等多学科的高新技术，是激光先进制造技术最重要的支撑技术，可以解决传统制造方法不能完成的难题，是国家重点支持和推动的一项高新技术。目前，激光熔覆技术已成为新材料制备、金属零部件快速直接制造、失效金属零部件绿色再制造的重要手段之一，已广泛应用于航空、石油、汽车、机械制造、船舶制造、模具制造等行业。为推动激光熔覆技术的产业化，作者：张庆茂

激光熔覆是一种新型的涂层技术，是涉及到光、机、电、材料、检测与控制等多学科的高新技术，是激光先进制造技术最重要的支撑技术，可以解决传统制造方法不能完成的难题，是国家重点支持和推动的一项高新技术。目前，激光熔覆技术已成为新材料制备、金属零部件快速直接制造、失效金属零部件绿色再制造的重要手段之一，已广泛应用于航空、石油、汽车、机械制造、船舶制造、模具制造等行业。

为推动激光熔覆技术的产业化，世界各国的研究人员针对激光熔覆涉及到的关键技术进行了系统的研究，已取得了重大的进展。国内外有大量的研究和会议论文、专利介绍激光熔覆技术及其最新的应用：包括激光熔覆设备、材料、工艺、监测与控制、质量检测、过程的模拟与仿真等研究内容。但到目前为止，激光熔覆技术还不能大面积工业化应用。分析其原因，这里有政府导向的因素、激光熔覆技术本身成熟程度的限制、社会各界对激光熔覆技术的认可程度等因素。因此，激光熔覆技术欲实现全面的工业化应用，必须加大宣传力度，以市场需求为导向，重点突破制约发展的关键因素，解决工程应用中涉及到的关键技术，相信在不远的将来，激光熔覆技术的应用领域及其强度将不断的扩大。下面介绍激光熔覆技术几个发展的动态，以飨读者。

激光熔覆的优势

激光束的聚焦功率密度可达1010~12W/cm2，作用于材料能获得高达1012K/s的冷却速度，这种综合特性不仅为材料科学新学科的生长提供了强有力的基础，同时也为新型材料或新型功能表面的实现提供了一种前所未有的工具。激光熔覆所创造的熔体在高温度梯度下远离平衡态的快速冷却条件，使凝固组织中形成大量过饱和固溶体、介稳相甚至新相，已经被大量研究所证实。它提供了制造功能梯度原位自生颗粒增强复合层全新的热力学和动力学条件。同时激光熔覆技术制备新材料是极端条件下失效零部件的修复与再制造、金属零部件的直接制造的重要基础，受到世界各国科学界和企业的高度重视和多方面的研究。

目前，利用激光熔覆技术可以制备铁基、镍基、钴基、铝基、钛基、镁基等金属基复合材料。从功能上分类：可以制备单一或同时兼备多种功能的涂层如：耐磨损、耐腐蚀、耐高温等以及特殊的功能性涂层。从构成涂层的材料体系看，从二元合金体系发展到多元体系。多元体系的合金成分设计以及多功能性是今后激光熔覆制备新材料的重要发展方向。

最新的研究表明，在我国工程应用中钢铁基的金属材料占主导地位。同时，金属材料的失效（诸如腐蚀、磨损、疲劳等）大多发生零部件的工作表面，需要对表面进行强化。为满足工件的服役条件而采用大块的原位自生颗粒增强钢铁基复合材料制造，不仅浪费材料，而且成本极高。另一方面，从仿生学的角度考察天然生物材料，其组成为外密内疏，性能为外硬内韧，且密—疏、硬—韧从外到内是梯度变化的，天然生物材料的特殊结构使其具有优良的使用性能。根据工程上材料特殊的服役条件和性能的要求，迫切需要开发强韧结合、性能梯度变化的新型表层金属基复合材料。因此，利用激光熔覆的方法制备与基材呈冶金结合的梯度功能原位自生颗粒增强金属基复合材料不仅是工程实践的迫切需要，也是激光表面改性技术发展的必然趋势。激光熔覆技术制备原位自生颗粒增强金属基复合材料、功能梯度材料已有报道，但大部分停留在组织、性能分析，工艺参数的控制阶段，增强相的尺寸、间距和所占的体积比还不能达到可控制的水平，梯度功能是通过多层涂覆形成的，不可避免地在层与层之间存在界面弱结合的问题，距离实用还有相当长的路。利用激光熔覆技术制备颗粒大小、数量、分布可控，强韧性适当匹配，集梯度功能和原位自生颗粒增强为一体的金属基表层复合材料是今后重要的发展方向。研究内容涉及到：

● 熔覆材料成分、组织、性能设计的技术、手段和原理及其工艺实现的控制技术。

● 激光熔覆制备功能梯度原位自生颗粒增强金属基复合材料颗粒增强相析出、长大和强化的热力学和动力学模型的建立。

● 颗粒增强相形态、结构、功能和复合的仿生设计和尺寸、数量、分布的控制技术。

● 涂层成分、组织和性能梯度控制的原理、关键因素和工艺方法的研究。

● 宏观、微观界面的观察、分析控制和表征；功能梯度原位自生颗粒增强金属基复合材料常规性能的分析和检测以及不同工况下的磨损行为及失效机制。

这些研究内容的突破，有可能解决涂层与基体相容性不匹配，易于产生裂纹的问题，促进激光熔覆技术应用领域的拓宽。

激光复合熔覆技术

激光熔覆是由激光作为热源，在基底上包覆一层性能极为优良的合金层，其性能将依照所处理零件的具体要求而定。激光熔覆方法的优点是覆层组织细密、性能优异、热应力小、变形小以及无污染等。其缺点也是很明显的：需要很高功率的激光器、单道搭接扫描不适宜大面积处理，难于实现产业化等。为解决这些难题，采用激光复合熔覆技术是有效的途径之一，也是今后发展的重要方向。激光复合熔覆就是采用普通加热方法，再加上激光复合加热来完成熔覆处理工作。普通加热方法根据需要可以是电加热、各类感应加热等。归纳起来，激光复合熔覆技术具有如下的特点：

●“常规（如感应）＋激光”二者复合加热熔覆是集两种加热工艺的优点，同时克服了各自单一方法的不足，充分体现了优势互补的特点。

● 用常规方法辅佐了激光加热，从而可以实现用较小功率的激光器完成由原来必需很高功率也不易完成的大面积熔覆，是单一方法无论如何也不易做到的。

● 激光复合熔覆技术扩大了常规技术的新的更广应用，而对常规技术的采纳又进一步促进了激光熔覆技术的应用和产业化的进程。

● 激光复合熔覆技术特别适用于细长杆类，尺寸在一定范围内的轴类等零件，如抽油泵柱塞、某些类型的轧辊及特殊用途的轴等。

新型激光源的熔覆技术

目前，激光熔覆主要采用的是CO2气体激光器，用于大型零件的激光熔覆，见图2和图3，少部分采用YAG激光器。YAG激光熔覆常采用脉冲激光熔覆。最近的工程应用表明，采用YAG激光熔覆在小型零部件方面更有优势。

发展的另一个重要的趋势是采用高功率半导体激光器，利用波长范围808-965μm的红光或近红外激光，较CO2 激光器来看金属易吸收，可省去前期预处理，方便易操作。大功率半导体激光熔覆技术较其他熔覆方法具有显著的优势，见表1。同时，半导体激光可以实现与同轴送粉一体化控制及应用光纤传输与扩束技术进行导光聚焦，实现全封闭传输或光纤传输，实现光、机、电、粉、控一体化高度集成控制；与机器手（人）结合，小型化，可实现移动在线服务，满足不同层次的需求。可以预见，在传统CO2、YAG激光熔覆技术之外，新型的大功率半导体激光熔覆设备与工艺，必将逐步发展起来并满足高质量表面工程的需要，成为激光表面处理的重要组成部分。

极端条件下的激光熔覆技术

随着激光熔覆技术的成熟与发展，陆续成功的应用于瓦楞辊的激光熔覆见图4，缸套火焰环的激光熔覆直接制造见图5，发动机部件修复见图6等。实现了以激光为主要加工手段对各种金属部件的几何缺失，按照原制造标准进行几何尺寸的回复、性能的提升。随着科学技术和工程技术的发展与需要，金属部件工作的条件愈来愈苛刻，经常工作在高交变应力、高温、高速、高腐蚀等极端条件下。因此，制造金属部件的材料需要同时具有多种性能才能满足零件特殊的服役条件。而且这些部件的制造成本、制造周期长，一旦失效产生巨大的经济损失和安全事故。如轮机装备中，各类重要的部件如：叶片、转子轴颈、阀杆、叶轮、阀门等；飞机发动机、内燃机部件等。这些工程上的技术难题，为激光熔覆技术提出了新的挑战。因此，如何解决极端条件下失效零部件的修复问题是十分迫切和复杂的，需要对极端条件下，零部件的失效形式分析，剩余寿命进行评估，选择合适的材料、工艺方法。因此，以极端条件下关键零部件的强化与修复为切入点，系统研究激光熔覆强化与再制造技术，通过若干关键技术的联合攻关，获得适合于极端条件下，各种零部件强化与修复的总体技术。重点需要攻关的方向：

● 极端条件下，失效零部件修复（强化）前后，寿命评估技术；

● 极端条件下，失效零部件无损伤修复技术的研究；

● 极端条件下，失效零部件激光修复专用合金材料的研究；

● 实体测量、三维实体堆积造型修复控制系统、修复过程温度、几何尺寸和质量智能监控系统的研究；

● 专用的修复附属装备的研究；

● 修复层性能测试技术及其加工技术的研究。

激光熔覆技术的展望

激光熔覆技术是集材料制备和表面构型为一体，是绿色再制造技术的重要支撑技术之一，符合国家可持续发展战略的高新技术。我国科学工作者在基础理论研究方面处在国际先进水平，为激光熔覆技术的发展做出了巨大的贡献。但另一方面，激光熔覆技术的应用水平和规模还不能适应市场的需求。需要解决工程应用中的关键技术，研究开发专用的合金粉末体系，开发专用的粉末输送装置与技术，系统研究无损伤修复的工艺方法，建立质量保证和评价体系，加大力度，培养工程应用方面的人才，相信在制造业市场竞争日趋激烈的今天，激光熔覆技术大有可为。

作者简介

张庆茂，男，工学博士，教授，广东激光加工技术产学研结合示范基地主任，广东省光学学会激光加工专业委员会秘书长。

近年来，主持或参与了国家“九五”、广东、广州、吉林等省市、企业多项课题。主要的研究方向：激光加工过程的数值模拟；激光制备原位析出颗粒增强梯度功能金属基复合材料强化、韧化机理的研究；基于高能激光束的关键金属零件表面强化、修复技术；激光微加工系统集成与工艺技术的研究；非金属材料的光束处理技术。先后在国内外期刊和重要的学术会议发表研究论文近六十余篇。

第四篇：激光切割技术的原理及应用

辽宁科技大学学生论文

激光切割技术的原理及应用

1.激光切割技术简介.......................................................................2 1.1激光切割技术概述................................................................2 1.2激光切割技术的原理............................................................4 1.3激光切割技术的发展历史....................................................5 2.激光切割的特点.............................................................................6 2.1激光切割的总体特点............................................................6 2.2 CO2激光切割技术的特点.....................................................7 2.3半导体激光切割机................................................................8 2.4光纤激光切割机....................................................................8 3.激光切割技术的应用及发展前景.............................................10 3.1激光切割技术的市场现状..................................................10 3.2激光切割技术的应用..........................................................12 结论..................................................................................................13

辽宁科技大学学生论文

激光切割技术的原理及应用

材料12A文修曜

摘要

激光加工技术是一种先进制造技术，而激光切割是激光加工应用领域的一部分，激光切割是当前世界上先进的切割工艺。由于它具备精密制造、柔性切割、异型加工、一次成形、速度快、效率高等优点，所以在工业生产中解决了许多常规方法无法解决的难题。激光能切割大多数金属材料和非金属材料。

Abstract

The laser processing technology is a kind of advanced manufacturing technology, and laser cutting is part of the laser processing applications, laser cutting is the current advanced cutting technology in the world.Because it has flexible cutting, stone processing, precision manufacturing, a forming, fast speed, higher efficiency, so in industrial production solved many conventional methods cannot solve the problem.Can laser cutting most of the metal materials and nonmetal materials.关键词：激光切割的原理；激光切割的分类及特点；激光切割技术的应用

1.激光切割技术简介

1.1激光切割技术概述

激光切割是激光加工行业中最重要的一项应用技术。它占整个激光加工业的70%以上。激光切割与其他切割方法相比，最大区别是它具有高速、高精度及高适应性的特点。同时还具有割缝细、热影响区小、切割面质量好、切割时无噪声、切割过程容易实现自动化控制等优点。激光切割板材时，不需要模具，可以替代 2 辽宁科技大学学生论文

一些需要采用复杂大型模具的冲切加工方法，能大大缩短生产周期和降低成本。因此，目前激光切割已广泛地应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门中。

激光切割主要是CO2激光切割,激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,并使CO2激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定状的切缝。激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。激光切割技术广泛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。

激光束聚焦成很小的光点其最小直径可小于0.1mm，使焦点处达到很高的功率密度可超过106W／cm2)。这时光束输入（由光能转换）的热量远远超过被材料反射、传导或扩散部分，材料很快加热至汽化湿度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄（如0.1mm左右）的切缝。切边热影响很小，基本没有工件变形。

切割过程中还添加与被切材料相适合的辅助气体。钢切割时得用氧作为辅助气体与溶融金属产生放热化学反应氧化材料，同时帮助吹走割缝内的熔渣。切割聚丙烯一类塑料使用压缩空气，棉、纸等易燃材料切割使用惰性气体。进入喷嘴的辅助气体还能冷却聚焦透镜，防止烟尘进入透镜座内污染镜片并导致镜片过热。

大多数有机与无机都可以用激光切割。在工业制造占有分量很重的金属加工业，许多金属材料，不管它具有什么样的硬度，都可进形无变形切割。当然，对高反射率材料，如金、银、铜和铝合金，它们也是好的传热导体，因此激光切割很困难，甚至不能切割。

激光切割无毛刺，皱折、精度高，优于等离子切割。对许多机电制造行业来说，由于微机程序的现代化激光切割系统能方便切割不同形状与尺寸的工件，它往往比冲切、模压工艺更被优先选用；尽管它加工速度慢于模冲，但它没有模具消耗，无需修理模具，还节约更换模具时间，从而节省加工费用，降低产品成本，所以从总体上讲在经济上更为合算。

另一方面，从如何使模具适应工件设计尺寸和形状变化角度看，激光切割也 3 辽宁科技大学学生论文

可发挥其精确、重现性好的优势。作为层叠模具的优先制造手段，由于不需要高级模具制作工，激光切割运转费用也并不昂贵，因此还能显著地降低模具制造费用。激光切割模具还带来的附加好处是模具切边会产生一个浅硬化层，提高模具运行中的耐磨性。激光切割的无接触特点给圆锯片切割成形带来无应力优势，由此提高了使用寿命。

1.2激光切割技术的原理

在激光束能量作用下（氧助切割机制下，还要加上喷氧气与到达燃点的金属发生放热反应放出的热量），材料表面被迅速（ms范围）加热到几千乃至上万度（℃）而熔化或汽化，随着汽化物逸出和熔融物体被辅助高压气体（氧气或氮气等惰性气体）吹走，切缝便产生了。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。

激光切割是利用高功率密度的激光束扫描过材料表面，在极短时间内将材料加热到几千至上万摄氏度，使材料熔化或气化，再用高压气体将熔化或气化物质从切缝中吹走，达到切割材料的目的。

该技术采用激光束照射到钢板表面时释放的能量来使不锈钢熔化并蒸发。激光源一般用二氧化碳激光束，工作功率为500～2500瓦。该功率的水平比许多家用电暖气所需要的功率还低，但是，通过透镜和反射镜，激光束聚集在很小的区域。能量的高度集中能够进行迅速局部加热，使不锈钢蒸发。此外，由于能量非常集中，所以，仅有少量热传到钢材的其它部分，所造成的变形很小或没有变形。利用激光可以非常准确地切割复杂形状的坯料，所切割的坯料不必再作进一步的处理。

激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。从二十世纪七十年代以来随着CO2激光器及数控技术的不断完善和发展，目前已成为工业上板材切割的一种先进的加工方法。在五、六十年代作为板材下料切割的主要方法中：对于中厚板采用氧乙炔火焰切割；对于薄板采用剪床下料，成形复杂零件大批量的采用冲压，单件的采用振动剪。七十年代后，为了改善和提高火焰切割的切口质量，又推广了氧乙烷精 辽宁科技大学学生论文

密火焰切割和等离子切割。为了减少大型冲压模具的制造周期，又发展了数控步冲与电加工技术。各种切割下料方法都有其有缺点，在工业生产中有一定的适用范围。

1.3激光切割技术的发展历史

激光切割是激光加工行业中最量要的一项应用技术,由于具有诸多特点,已广泛地应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门。近年来，激光切割技术发展很快，国际上每年都以20％～30％的速度增长。我国自1985年以来，更以每年25％以上的速度增长。由于我国激光工业基础较差，激光加工技术的应用尚不普遍，激光加工整体水平与先进国家相比仍有较大差距，相信随着激光加工技术的不断进步，这些障碍和不足会得到解决。激光切割技术必将成为21世纪不可缺少的重要的钣金加工手段。激光切割加工广阔的应用市场，加上现代科学技术的迅猛发展，使得国内外科技工作者对激光切割加工技术进行不断探入的研究，推动着激光切割技术不断创新，激光切割技术的发展方向如下：

(1)伴随着激光器向大功率发展以及采用高性能的CNC及伺服系统,使用高功率的激光切割可获得高的加工速度,同时减小热影响区和热畸变;所能够切割的材料板厚也格进一步地提高，高功率激光可以通过使用Q 开关或加载脉冲波，从而使低功率激光器产生出高功率激光。

(2)根据激光切割工艺参数的影响情况，改进加工工艺，如：增加辅助气体对切割熔渣的吹力；加入造渣剂提高熔体的流动性；增加辅助能源，并改善能量之间的耦合；以及改用吸收率更高的激光切割。

(3)激光切割将向高度自动化、智能化方向发展。将CAD/CAPP/CAM[4]以及人工智能运用于激光切割，研制出高度自动化的多功能激光加工系统。

(4)根据加工速度自适应地控制激光功率和激光模式或建立工艺数据库和专家自适应控制系统使得激光切割整机性能普遍提高。以数据库为系统核心，面向通用化CAPP开发工具，对激光切割工艺设计所涉及的各类数据进行分析，建立相适应的数据库结构。

(5)向多功能的激光加工中心发展，将激光切割、激光焊接以及热处理等各 辽宁科技大学学生论文

道工序后的质量反馈集成在一起，充分发挥激光加工的整体优势。

(6)随着Internet和WEB技术的发展，建立基于WEB的网络数据库，采用模糊推理机制和人工神经网络来自动确定激光切割工艺参数，并且能够远程异地访问和控别激光切割过程成了不可避免的趋势。

(7)三维高精度大型数控激光切割机及其切割工艺技术，为了满足汽车和航空等工业的立体工件切割的需要，三维激光切割机正向高效率、高精度、多功能和高适应性方向民展，激光切割机器人的应用范围将会愈来愈大。激光切割正向着激光切割单元FMC、无人化和自动化方向发展。

2.激光切割的特点

2.1激光切割的总体特点

激光加工作为一种全新的加工方法，以其加工精确、快捷、操作简单、自动化程度高等优点，在皮革、纺织服装行业内逐渐得到广泛的应用。镭射激光切割机与传统的切割方式相比不仅价格低,消耗低.并且因为激光加工对工件没有机械压力,所以切割出来产品的效果,精度以及切割速度都非常良好.并且还具有操作安全,维修简单等特点.可连续24小时工作。用镭射激光机切割出来的无尘布无纺布边不发黄,自动收边不散边,不变形，不会发硬,尺寸一致且精确；可切割任意复杂形状；效率高、成本低，电脑设计图形,可切割任意形状任各种大小的花边。开发速度快：由于激光和计算机技术的结合，用户只要在计算机上设计，即可实现激光雕刻输出并且可随时变换雕刻,可边设计边出产品。

激光切割是用聚焦镜将激光束聚焦在材料表面，使材料熔化,同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料,并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定外形的切缝。

1．精度高：定位精度0.05mm，重复定位精度0.02 mm 2．切缝窄：激光束聚焦成很小的光点，使焦点处达到很高的功率密度，材料很快加热至气化程度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。切口宽度一般为0.10～0.20mm。

3．切割面光滑：切割面无毛刺，切口表面粗糙度一般控制在Ra12.5以内。辽宁科技大学学生论文

4．速度快：切割速度可达50m/min，最大定位速度可达70m/min，比线切割的速度快很多。

5．切割质量好：无接触切割，切边受热影响很小，基本没有工件热变形，完全避免材料冲剪时形成的塌边，切缝一般不需要二次加工。

6．不损伤工件：激光切割头不会与材料表面相接触，保证不划伤工件。7．不受被切材料的硬度影响：激光可以对布料，橡皮等柔软材质进行加工，不管什么样的硬度，都可以进行无变形切割。

8．不受工件外形的影响：激光加工柔性好，可以加工任意图形，可以切割管材及其它异型材。

9．可以对非金属进行切割加工：如塑料、木材、PVC、皮革、纺织品、有机玻璃等。

10．节约模具投资：激光加工不需模具，没有模具消耗，无须修理模具，节约更换模具时间，从而节省了加工费用，降低了生产成本，尤其适合大件产品的加工。

2.2 CO2激光切割技术的特点

1.切割质量好

切口宽度窄（一般为0.1--0.5mm）、精度高（一般孔中心距误差0.1--0.4mm，轮廓尺寸误差0.1--0.5mm）、切口表面粗糙度好（一般Ra为12.5--25μm），切缝一般不需要再加工即可焊接。2.切割速度快

例如采用2KW激光功率，8mm厚的碳钢切割速度为1.6m/min；2mm厚的不锈钢切割速度为3.5m/min，热影响区小，变形极小。3.清洁、安全、无污染

大大改善了操作人员的工作环境。当然就精度和切口表面粗糙度而言，CO2激光切割不可能超过电加工；就切割厚度而言难以达到火焰和等离子切割的水平。但是就以上显著的优点足以证明：CO2激光切割已经和正在取代一部分传统的切割工艺方法，特别是各种非金属材料的切割。它是发展迅速，应用日益广泛的一种先进加工方法。

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2.3半导体激光切割机

1简介

半导体激光切割机采用半导体泵浦激光器，半导体泵浦激光器是近年来国际上发展最快，应用较广的新型激光器。该类型的激光器利用输出固定波长的半导体激光器代替了传统的氪灯或氙灯来对激光晶体进行泵浦，从而取得了崭新的发展，被称为第二代的激光器。这是一种高效率、长寿命、光束质量高、稳定性好、结构紧凑小型化的第二代新型固体激光器，目前在空间通讯，光纤通信，大气研究，环境科学，医疗器械，光学图象处理，激光打印机等高科技领域有着独具特色的应用前景。

2特点

1、采用半导体泵浦源和德国高速标记振镜头，光电转化效率高、光束质量好。

2、采用全数字化激光标记和独特的激光选模及深雕技术，确保了设备具有极高的稳定性、精确性和友好的操作性。并可选配自动测焦和调焦系统，满足精确切割和多样化打标需求。

3、周到的防护设计：缺水保护，激光谐振腔光路和激光腔腔体双重密封，防潮装置，防长出光装置。

4、多样的外围装置设计：自动上、下料系统，旋转标记转台，排风除尘系统，激光防护罩及灯光警示装置。

5、光路预览功能，焦点指示功能：在激光的光轴上叠加了可见红光，用于指示激光束的位置，实现对打标范围的预览。增加了指示对焦红光，直观方便的实现了对焦功能。

半导体激光切割机GDBEC-130250，选用进口半导体泵浦源和德国高速标记振镜头，光电转化效率高，光束质量好，可在金属、非金属等各类固性材料上进行精确、快速的打标和划线，并可根据加工材料厚度，调整激光焦距，确保加工的最佳效果。适用于各类普通金属及合金（铁、铜、铝、镁、锌等所有金属）、稀有金属及合金（金、银、钛）、金属氧化物、ABS料（电器用品外壳、日用品）、油墨（透光按键、印刷制品），环氧树脂（电子元件的封装、绝缘层）等材料。

2.4光纤激光切割机

1简介 辽宁科技大学学生论文

光纤激光切割机是利用光纤激光发生器作为光源的激光切割机。光纤激光器是国际上新发展的一种新型光纤激光器输出高能量密度的激光束，并聚集在工件表面上，使工件上被超细焦点光斑照射的区域瞬间熔化和气化，通过数控机械系统移动光斑照射位置而实现自动切割。同体积庞大的气体激光器和固体激光器相比具有明显的优势，已逐渐发展成为高精度激光加工、激光雷达系统、空间技术、激光医学等领域中的重要候选者。

光纤激光切割机它既可做平面切割,也可做斜角切割加工,且边缘整齐、平滑,适用于金属板等高精度的切割加工，同时加上机械臂可以进行三维切割代替原本进口的五轴激光。比起普通二氧化碳激光切割机更节省空间和气体消耗量，光电转化率高，是节能环保的新产品，也是世界上领先技术产品之一。2光纤激光切割机较CO2激光切割机的优势：

1）卓越的光束质量：聚焦光斑更小，切割线条更精细，工作效率更高，加工质量更好；

2）极高的切割速度：是同等功率CO2激光切割机的2倍；

3）极高的稳定性：采用世界顶级的进口光纤激光器，性能稳定，关键部件使用寿命可达10万小时；

4）极高的电光转换效率：光纤激光切割机光电转换效率达30%左右，是CO2激光切割机高3倍，节能环保；

5）极低的使用成本：整机耗电量仅为同类CO2激光切割机的20-30%； 6）极低的维护成本：无激光器工作气体；光纤传输，无需反射镜片；可节约大量维护成本；

7）产品操作维护方便：光纤传输，无需调整光路；

8）超强的柔性导光效果：体积小巧，结构紧凑，易于柔性加工要求。

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当然了，与二氧化碳激光切割机相比，光纤的切割范围相对狭窄。因为波长的原因，其只能切金属材料，对非金属不容易被其吸收，从而影响其切割范围。3与YAG激光切割机相比的优势：

1）切割速度：光纤激光切割机的速度是YAG的4-5倍，适用于大量加工与生产

2）使用成本：光纤激光切割机的使用成本比YAG固体激光切割更少 3）光电转换效率：光纤激光切割机的光电转换效率是YAG的10倍左右 相应的光纤激光器的价格较高，所以光纤激光切割机价高比之YAG激光切割机要高出不少，但比二氧化碳激光切割机要低很多。但其性比价确实三者中最高的。

3.激光切割技术的应用及发展前景

激光切割的应用领域非常广泛, 比如汽车行业、计算机、电气机壳、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、航天工业使用的钦合金等等。近年来, 激光切割的新应用层出不穷, 令人耳目一新。

3.1激光切割技术的市场现状

我国激光产业的发展，虽然是一个初步发展，但在国际科技带领下已经完成了飞跃的发展，并且比同等质量有一个高阶段的突出。以激光切割机来讲，市场的需求高达千万，为广阔的市场添加了新的生机。自从60年代第一台激光设备的诞生和应用开始，我国就有多位专家在激光行业付出了努力，并达到了国际一个微小的差值。在激光行业的发展同时，激光成套工业设备也进入了生产的市场，摆脱了长期依靠国外的局面，解决了国内激光行业的尴尬局面。

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国内经济的飞速发展，成为激光市场的高产业支柱，并且可以达到每年20%以上的增长速，成为全球激光市场的一个新起点，根据专家预测，国内的激光市场仍处于高速的增长阶段，在未来可以在进行翻倍的增加，来最大的扩充激光切割设备的市场，填补国内空白，将国内高端激光设备摆脱受困的状态，成为国际上的顶梁柱。目前国内的激光产业主要在深圳、武汉两地聚集，其中深圳是国内的重要销售市场，并且以多年的发展经验，领先了其他区域。

激光切割指采用激光发射性光束在产品上面打孔，根据水平移动来对应产生的缝隙称为激光切割，激光可以在多产品材料上面切割，如亚克力、刀模板、布料、皮革等行业都能运用激光进行切割，因此激光切割是一种在多行业切割的新型方案。对于这样一种新型的切割方法，相对于传统切割有着什么样的优势呢，下面光博士带您分析下。

激光是利用物质激发产生光，这种光带有强烈的温度，在接触材料时候，能够迅速的在材料表面融化，形成打孔，根据对位对点的移动形成了切割，因此这样的一种切割方法相对于传统的切割方法，缝隙更小，更能够省去大部分材料，然而根据切割效果来定义分析，根据激光进行切割的材料，其切割效果能够满意，精准度又高，这是继承了激光的优势，也是普通切割方式不能够媲美的。

相对于传统切割方式中，激光切割更易懂、易学、在商家需求的加工效果，速度方面都有着绝对的优势，因此相信在未来的切割方式选择中，激光切割机将是大众的需求。

激光切割加工是指采用激光设备来给产品进行加工，这种模式是针对那种初入激光行业，并且小型的加工户，然而这种模式在现今的社会都不提倡了，因为激光设备的价格不再是那种高高在上的设备了，完美的技术发展，优良的加工精细，使得现今的激光设备不再是那样的昂贵，因为它们的设备有针对行业性的，这样能够省去了以往那种高贵的大功率设备加工，现今的小功率设备也能进行加工了，这让这些想购买激光切割机的加工不在需要借用他人的设备进行加工了，激光切割加工模式逐渐被取代了，这是必然性。

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下面分析下激光切割市场以及加工效果，在激光切割市场，凡事了解一点的都清楚，激光切割能够加工多行业，然而需要购买加工多行业的设备，价格是不菲的，然而如果购买的是单行业，如刀模激光切割机、皮革激光切割机等，这些针对行业的设备，价格就不是那样昂贵了，这就是未来的市场，在其加工效果方面，单行业的加工效果，肯定针对单行业其功能是最好的，能够满足此行业的要求，这些在这些行业设备介绍中，光博士有提到，因此在如果想采用激光切割加工的商户们，不妨去尝试着使用激光切割设备直接自己购买进行加工，这样能够帮助你实现以及解决很多的问题！

3.2激光切割技术的应用

大多数激光切割机都由数控程序进行控制操作或做成切割机器人。激光切割作为一种精密的加工方法，几乎可以切割所有的材料，包括薄金属板的二维切割或三维切割。

在汽车制造领域，小汽车顶窗等空间曲线的切割技术都已经获得广泛应用。德国大众汽车公司用功率为500W的激光器切割形状复杂的车身薄板及各种曲面件。在航空航天领域，激光切割技术主要用于特种航空材料的切割，如钛合金、铝合金、镍合金、铬合金、不锈钢、氧化铍、复合材料、塑料、陶瓷及石英等。用激光切割加工的航空航天零部件有发动机火焰筒、钛合金薄壁机匣、飞机框架、钛合金蒙皮、机翼长桁、尾翼壁板、直升机主旋翼、航天飞机陶瓷隔热瓦等。

激光切割成形技术在非金属材料领域也有着较为广泛的应用。不仅可以切割硬度高、脆性大的材料，如氮化硅、陶瓷、石英等；还能切割加工柔性材料，如布料、纸张、塑料板、橡胶等，如用激光进行服装剪裁，可节约衣料10%～12%，提高功效3倍以上。

从技术经济角度不宜制造模具的金属钣金件，特别是轮廓形状复杂，批量不大,一般厚度；12mm的低碳钢、；6mm厚的不锈钢，以节省制造模具的成本与周期。已采用的典型产品有：自动电梯结构件、升降电梯面板、机床及粮食机械外罩、各种电气柜、开关柜、纺织机械零件、工程机械结构件、大电机硅钢片等。辽宁科技大学学生论文

装饰、广告、服务行业用的不锈钢（一般厚度3mm）或非金属材料（一般厚度20mm）的图案、标记、字体等。如艺术照相册的图案，公司、单位、宾馆、商场的标记，车站、码头、公共场所的中英文字体。

要求均匀切缝的特殊零件。最广泛应用的典型零件是包装印刷行业用的模切版，它要求在20mm厚的木模板上切出缝宽为0.7~0.8mm的槽，然后在槽中镶嵌刀片。使用时装在模切机上，切下各种已印刷好图形的包装盒。国内近几年来应用的一个新领域是石油筛缝管。为了挡住泥沙进入抽油泵，在壁厚为6~9mm的合金钢管上切出0.3mm宽的均匀切缝，起割穿孔处小孔直径不能大于0.3mm，切割技术难度大，已有不少单位投入生产。

国外除上述应用外，还在不断扩展其应用领域。

⑴采用三维激光切割系统或配置工业机器人，切割空间曲线，开发各种三维切割软件，以加快从画图到切割零件的过程。

⑵为了提高生产效率，研究开发各种专用切割系统，材料输送系统，直线电机驱动系统等，如今切割系统的切割速度已超过100m/min。

⑶为扩展工程机械、造船工业等的应用，切割低碳钢厚度已超过30mm，并特别注意研究用氮气切割低碳钢的工艺技术，以提高切割厚板的切口质量。因此在中国扩大CO2激光切割的工业应用领域，解决新的应用中一些技术难题仍然是工程技术人员的重要课题。

结论

激光从提出到变为现实的发展史用了几十年，从初生到今天无处不再又是几十年，激光及应用实际上是随着社会需求的进步而得以发展。激光的出现和发展又带动了光学，实验等学科的发展。从社会角度看，激光的产生改变了人们的生活，使之更加方便快捷。随着科技的发展，激光技术必将得到更加广泛的应用于我们世界的各个方面，使人类的科技不断进步。我也坚信，我国的激光技术也将会达到世界领先的水平，为我国各行各业的发展提供有利的条件！

参考文献

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第五篇：水下激光焊接技术的应用

水下激光焊接技术的应用

海洋工程结构因常年在海上工作，其工作环境极为恶劣，除受到结构的工作载荷外，还要承受风暴、波浪、潮流引起的附加载荷以及海水腐蚀、砂流的磨蚀、地震或寒冷地区冰流的侵袭。此外，石油天然气的易燃易爆性对结构也存在威胁。而且海洋结构的主要部分在水下，服役后焊接接头的检查和修补很困难，费用也高，一旦发生重大结构损伤或倾覆事故，将造成生命财产的严重损失。所以对海洋工程结构的设计制造、材料选择以及焊接施工等都有严格的质量要求。而随着海洋石油和天然气工业的发展,海洋管道工程日益向深海挺进,我国作为一个发展中的沿海大国,国民经济要持续发展,就必须把海洋的开发和保护作为一项长期的战略任务。大量的海底管道施工工程对水下焊接技术提出了新的要求。

水下焊接由于水的存在，使焊接过程变得更加复杂，并且会出现各种各样陆地焊接所未遇到的问题，目前，世界各国正在应用和研究的水下焊接方法种类繁多，应用较成熟的是电弧焊。随着水下焊接技术的发展，除了常用的湿法水下焊接、局部干法水下焊接和干法水下焊接以外，又出现了一些新的水下焊接方法。但是，从各国海洋开发的前景来看，水下焊接的研究远远不能适应形势发展的需要。因此，加强这方面的研究，无论是对现在或将来，都将是一项非常有意义的工作。

湿法水下焊接

湿法焊接中，水下焊接的基本问题表现最为突出。因此采用这类方法难以得到质量好的焊接接头，尤其在重要的应用场合，湿法焊接的质量难以令人满意。但由于湿法水下焊接具有设备简单、成本低廉、操作灵活、适应性强等优点。所以，近年来各国对这种方法仍在继续进行研究，特别是涂药焊条和手工电弧焊，在今后一段时期还会得到进一步的应用。在焊条方面，比较先进的有英国Hydroweld公司发展的Hydroweld FS水下焊条，美国的专利水下焊条7018’S 焊条，以及德国Hanover大学基于渣气联合保护对熔滴过渡的影响和保护机理所开发的双层自保护药芯焊条。美国的Stephen Liu等人在焊条药皮中加入锰、钛、硼和稀土元素，改善了焊接过程中的焊接性能，细化了焊缝微观组织。水下焊条的发展促进了湿法水下焊接技术的应用。目前，在国、内外都有采用水下湿法焊条电弧焊技术进行水下焊接施工的范例。

药芯焊丝的出现和发展适应了焊接生产向高效率、低成本、高质量、自动化和智能化方向发展的趋势。英国TWI与乌克兰巴顿研究所成功开发了一套水下湿法药芯焊丝焊接的送丝结构、控制系统及其焊接工艺。华南理工大学机电工程系刘桑、钟继光等人开发了一种药芯焊丝微型排水罩水下焊接方法，从实用经济的角度出发,完全依靠焊接时自身所产生的气体以及水汽化产生的水蒸气排开水而形成一个稳定的局部无水区域,使得电弧能在其中稳定的燃烧。微型排水罩的尺寸和结构决定了焊接过程中无水区(局部排水区)的大小和稳定程度。除此之外，他们还通过复合滤光技术和水下CCD摄像系统，采集出了药芯焊丝水下焊接电弧区域图像，从而为水下湿法焊接电弧的机理分析及水下焊接过程控制奠定了基础。

20081182069光信0802林裕