Лазерная обработка использует сфокусированный лазерный луч в качестве источника тепла для воздействия на заготовку, плавления металлических или неметаллических материалов и формирования небольших отверстий, разрезов, стыков, слоев облицовки и других процессов. По сути, лазерная обработка-это взаимодействие между лазерным светом и непрозрачными материалами. С микроскопической точки зрения это квантовый процесс, в то время как с макроскопической точки зрения он проявляется как физические явления, такие как отражение, поглощение, нагревание, плавление и испарение.
Под облучением лазерными лучами различной плотности, поверхность материала претерпевает различные изменения, включая повышение температуры поверхности, плавление, испарение, образование пор и фотоиндуцированную генерацию плазмы. 1,1 иллюстрирует различные физические изменения, которые происходят на поверхности металлических материалов под воздействием лазерного излучения при различных плотностях мощности.
Когда плотность мощности лазера ниже 10 4 Вт/см², поглощение лазерной энергии металлом приводит только к повышению температуры на поверхности, в то время как весь материал остается в твердой фазе. Этот ряд плотности мощности можно использовать для поверхностной термической обработки, твердеть фазового преобразования, или паять частей. Когда плотность мощности лазера находится в диапазоне 10 ⁴-10 ⁶Вт/см², возникает эффект нагрева теплопроводности, вызывая плавление поверхности материала. Этот диапазон подходит для переплава металлических поверхностей, легирования, облицовки и теплопроводной сварки (например, высокоскоростной тонколистовой сварки и прецизионной точечной сварки).
Когда плотность мощности лазера достигает 10 ⁶Вт/см², температура в центре лазерного источника тепла на поверхности материала достигает точки кипения металла, в результате чего металл образует пары плазмы и подвергается быстрому испарению. Под влиянием давления расширения испарения поверхность жидкого металла отклоняется вниз, образуя глубоко проникающую пору. Одновременно, пар металла ионизируется лазерным лучом, генерируя фотоиндуцированную плазму. Этот диапазон плотности мощности в первую очередь подходит для таких операций обработки, как лазерная сварка с глубоким проникновением, резка и сверление.
Когда плотность мощности лазера превышает 10 ⁷Вт/см², фотоиндуцированная плазма распространяется в направлении, противоположном падающего лазерного луча, образуя плазменное облако, которое может экранировать лазерный луч. Этот этап подходит для использования импульсных лазеров для таких процессов, как сверление и ударная закалка.

Ранняя технология обработки лазера, должная к своей низкой мощности, главным образом была использована для небольших сверлить отверстия и микро-заварки. С 1970-х годов, с появлением мощных лазеров CO₂ и лазеров из иттрия-алюминиевого граната (YAG) с высокой частотой повторения, а также углубления исследований механизмов и процессов лазерной обработки, технология лазерной обработки добилась значительного прогресса, расширяя сферу ее применения. применение. Многокиловаттное лазерное обрабатывающее оборудование было использовано для высокоскоростной резки, сварки с глубоким проникновением и обработки поверхности различных материалов. Внедрение различного специализированного лазерного обрабатывающего оборудования в сочетании с такими технологиями, как оптоэлектронное отслеживание, компьютерное числовое управление и робототехника, значительно улучшило уровень автоматизации и удобство использования лазерной обработки.

Лазер можно понимать как процесс преобразования необработанной энергии, такой как электрическая, химическая, тепловая, оптическая или ядерная энергия, в пучок электромагнитного излучения определенной оптической частоты (ультрафиолетовой, видимой или инфракрасной). Это преобразование энергии легко достигается в некоторых твердых, жидких или газообразных средах. Когда атомы или молекулы в этих средах возбуждаются, они производят луч света с почти идентичной фазой и почти одинарной длиной волны, известный как лазерный свет. Из-за кофазных и одноволновых характеристик лазерного света его угол расхождения чрезвычайно мал, что позволяет ему перемещаться на большие расстояния, прежде чем он будет сильно сфокусирован для сварки, резки, облицовки и других применений.
Оборудование для лазерной обработки состоит из четырех основных компонентов: лазера, оптической системы, механической системы и системы управления и обнаружения. Лазерный луч высокой интенсивности, излучаемый лазером, фокусируется линзой, а затем наносится на поверхность заготовки. Плотность мощности в фокусе может достигать от 10 до 10 м² Вт/см² (что соответствует температурам, превышающим 10 000 ° C). Эта энергия мгновенно плавится и испаряет любой материал. Лазерная обработка использует тепловой эффект этой световой энергии для выполнения таких операций, как сварка, сверление и резка. В настоящее время лазеры, обычно используемые в обработке,-это твердотельные лазеры YAG и газовые лазеры CO₂. CO₂ лазеры широко используются в лазерной обработке из-за их простой структуры, высокой выходной мощности и высокой эффективности преобразования энергии.