漫话激光加工技术

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激光：激光加工是一种能束加工方法，具有亮度高、方向性好和单色性好的相干光，因此在理论上可聚焦到尺寸与光的波长相近的小斑点上。焦点处的功率密度可达107～1011W/cm2，温度可高达万度以上。激光加工就是利用材料在激光聚焦照射下瞬时急剧熔化和气化，并产牛很强的冲击波，使被熔化的物质爆炸式地喷溅来实现材料的去除。
激光原理起自1917年爱因斯坦发表的光的受激发射理论，50年代初的量子放大器实现了通过受激发射放大微波的作用，60年代美国休斯研究所的梅曼应用了红宇石激光首次实现了振荡，取得了光放大的激光，为70年代发展激光加工奠定了基础。
$ g; Q4 r, ?& Y! e2 P2 M产生激光束的器件称为激光器，它的种类很多，按其工作物质的不同可分为问体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器和化学激光器等5种。激光束的输出方式有脉冲、连续和巨脉冲等3种。
) ]& M. v1 h  w$ K: s' |- p激光加工具有以下特点：
, ~7 f3 l1 N. K: o1 q' Z1）几乎对所有金属材料和非金属材料如钢材、耐热合金、高熔点材料、陶瓷、宝石、玻璃、硬质合金和复合材料等都可加工。
2）加工效率高，可实现高速切割和打孔，也易于实现加工自动化和柔性加工。
  q8 g) N+ F0 C0 w3）加工作用时间短，除加工部位外，几乎有受热影响和不产生热变形。
4）非接触加上，工件不受机械切削力，无弹性变形，能加工易变形薄板和橡胶等工件。
+ i2 T( U3 A3 |5）由于激光束易实现空间控制和时间控制，能进行微细的精密图形加工。
6）不存在工具磨损和交换问题。
7）在大气中无能量损失，故加工系统的外围设备简单，不像电子束加工需要真空室。
2 H9 A2 B& ]1 E2 q5 J# h: i. o8）可以通过空气、惰性气体或光学透明介质，故可对隔离室或真空室内工件进行加工。
  D3 E  y- }' t& e  I! K% P; N, P2 _' R9）加工时不产生振动和机械噪声。
激光加工主要应用于打孔和切割，此外还有激光划线。图形刻划、修边、动平衡校正、热处理、激光焊接和打标志等多种用途。
6 F% d6 K- B; ^# d6 J激光加工的安全等级
$ ^' \, O/ ]$ A% }! aClass I：低输出激光（功率小于0.4mW），不论何种条件下对眼睛和皮肤，都不会超过MPE值，甚至通过光学系统聚焦后也不会超
过MPE值。可以保证设计上的安全，不必特别管理。典型应用如激光教鞭，CD播放机，CD-ROM设备，地质勘探设备和实验室分析
8 r; K/ w  E. D  G  o9 Q仪器等。
0 R" G9 K1 S) MClass II：低输出的可视激光（功率0.4mW-1mW），人闭合眼睛的反应时间为0.25秒，用这段时间算出的曝光量不可以超过ＭＰＥ
值。通常1ｍＷ以下的激光，会导致晕眩无法思考，用闭合眼睛来保护，不能说完全安全，不要直接在光束内观察，也不要用Class
II激光直接照射别人的眼睛，避免用远望设备观察Class II激光。典型应用如课堂演示，激光教鞭，瞄准设备和测距仪等。
7 _2 R. g  w1 q; y7 @4 L/ B% a) UClass III ：中输出激光，光束若直接射入眼睛，会产生伤害，基于某些安全的理由，进一步分为IIIＡ和IIIＢ级。
" ~1 H. B  z+ P3 L* ]1 X6 jIIIＡ级为可见光的连续激光，输出为1-5ｍＷ的激光束，光束的能量密度不要超过25Ｗ／ｍ﹣ｍ，避免用远望设备观察IIIＡ激
) P9 o* P7 k* C( }光，这样可能增大危险。IIIＡ的典型应用和Class II级有很多相同之处，如激光教鞭，激光扫描仪等。
III B 级为5-500mＷ的连续激光，直接在光束内观察有危险。但最小照射距离为13ｃｍ，最大照射时间十秒以下为安全。IIIB
* p& Z- A5 a9 z7 D1 s激光的典型应用如光谱测定和娱乐灯光表演等。
ClassIV：高输出连续激光（大于500mW），高过第三级，有火灾的危险，扩散反射也有危险。典型应用如外科手术，研究，切割，焊接和显微机械加工等。
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一般的激光设备应当有相应的安全保护措施：
（1）根据激光装置的级别，有关激光的安全或伤害具有充分的知识与认识的人来指导处理.
. X  K  e; o# S% t3 B+ ?1 R9 `（2）三级以上的激光制作由有安全操作适当教育的人来执行。
0 x- M% G6 D4 a. K( V（3）动作中的激光装置，假如不发出激光光，也不要探视光路中。
（4）激光共振器的调整，光轴调低时，会突然发射激光。要经常注意眼睛的位置来处理。
- t4 ]/ n' Z$ E（5）ＣＯ2激光使用眼睛看不到的红外光大型激光时，附近的人要特别注意。
' N2 N' v2 m, e: s（6）不能避免反射光或乱射光时，在使用三级以上的激光时，可以使用保护眼镜。。
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