第二章 激光技術與應用 - 激光切割與焊接
激光切割與焊接技術利用激光的高亮度和高能量密度，實現(xiàn)對材料的精確加工和連接。這些技術已經(jīng)在制造業(yè)、
材料科學以及科研實驗中發(fā)揮了重要作用。以下是激光切割與焊接的主要內(nèi)容和應用：
1. **激光切割**：
激光切割是利用激光光束對材料施加高能量密度，使得被照射的材料迅速加熱、熔化或蒸發(fā)，從而實現(xiàn)切割。其具體過程包括以下幾個步驟：
- **激光輻射**：激光切割設備產(chǎn)生的高能量激光束通過聚焦光學系統(tǒng)聚焦到材料表面，形成非常小的光斑，提高了能量密度。
- **材料加熱**：激光光束照射到材料表面時，材料吸收光能，溫度迅速升高，達到熔化點甚至沸騰點。
不同材料對激光波長的吸收程度不同，通常金屬材料對可見光或近紅外激光的吸收最佳。
- **熔化與切割**：當材料溫度達到熔化點時，激光束的能量繼續(xù)使其熔化，形成熔池。通過控制切割方向，熔池中的液態(tài)金屬被排出，
形成切口。同時，氧氣或其他氣體（如氮氣、氬氣）可用于吹走熔融金屬，進一步提高切割質(zhì)量。
- **切割方式**：激光切割主要有兩種方式：
- **脈沖切割**：激光以脈沖方式發(fā)射，每個脈沖產(chǎn)生的熱量時間短，適用于較薄材料的高速切割。
- **連續(xù)切割**：激光以連續(xù)光束進行切割，適合較厚材料的處理，通過較長時間的熱作用，將材料切割成所需形狀。
2. **激光焊接**：
激光焊接側(cè)重于利用激光的熱能將材料的接合部分加熱至熔化狀態(tài)，隨后冷卻形成牢固的焊接接頭。其具體過程如下：
- **激光照射**：焊接過程中，激光源發(fā)出高能量激光束，聚焦于待焊接材料的接縫處。激光束的高能量能夠輕易穿透材料表面，
直接加熱焊接部位。
- **熱輸入與熔化**：當激光束照射到材料時，會引起材料表面的迅速加熱，使其溫度上升到熔化點。
與切割不同，焊接過程中，通常是將兩塊材料的邊緣加熱使其熔化，并在接觸處形成熔池。
- **熔池形成**：隨著溫度的上升，熔池逐漸形成并擴展。周圍未熔化的材料提供了必要的熱量，使得熔池保持在液態(tài)，
而周圍的材料會通過熱傳導加熱接近熔化溫度。
- **熔合與冷卻**：在熔池冷卻的過程中，液態(tài)金屬會凝固形成一個堅固的焊縫。
焊接時可以通過控制激光的功率、速度、焦點位置等參數(shù)來適應不同材料和厚度的焊接需求。
- **應用與優(yōu)勢**：激光焊接適用于多種材料，包括金屬、塑料和陶瓷等。其焊接接頭具備良好的強度、耐腐蝕性和外觀，
從而廣泛應用于汽車、電子、航空航天等行業(yè)。
- **高能量密度**：激光焊接能夠在非常小的區(qū)域內(nèi)集中大量能量，使得焊接過程非常迅速，適合于高生產(chǎn)效率的場景。
常用于薄板金屬的焊接以及精密組件的制造。
- **精確控制**：激光焊接技術能夠精確控制焊接位置和深度，適用于微型組件的連接和高要求的焊接任務。
能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的焊縫，焊接接頭強度高，外觀美觀。
- **自動化與靈活性**：激光焊接過程可以通過自動化設備進行控制，減少了人工操作的誤差，提高了生產(chǎn)效率。
適用于大批量生產(chǎn)和復雜結構的焊接。
3. **應用領域**：
- **制造業(yè)**：激光切割和焊接在汽車制造、航空航天、家電等領域具有廣泛應用。激光技術可以用于汽車零部件的精密加工、
飛機結構的焊接以及家電產(chǎn)品的制造。
- **電子行業(yè)**：在電子產(chǎn)品的制造中，激光切割和焊接技術用于處理微型元件和復雜電路板，確保高精度和高可靠性。
- **醫(yī)療器械**：激光技術用于醫(yī)療器械的制造，如激光切割用于生產(chǎn)醫(yī)療器械的精密部件，激光焊接用于設備的連接和封裝。
- **藝術與裝飾**：激光切割技術也被廣泛應用于藝術和裝飾品的制作，包括木材、亞克力和金屬等材料的切割和雕刻。
4. **技術挑戰(zhàn)與發(fā)展**：
- **材料兼容性**：雖然激光切割和焊接技術適用于多種材料，但不同材料的熱物理特性對激光加工的效果影響較大。
研究人員需要不斷優(yōu)化激光參數(shù)和工藝，以適應不同材料的需求。
- **成本問題**：高功率激光設備的投資成本較高，且維護和操作要求較高。隨著技術的進步和設備成本的降低，
激光切割與焊接技術的應用范圍將進一步擴大。
- **安全問題**：激光切割和焊接過程中產(chǎn)生的高溫和激光輻射要求嚴格的安全措施，包括適當?shù)?a href="http://m-think.com.cn/cp1/1.html" target="_blank">防護設備和操作規(guī)程，
以防止對操作人員的傷害。
激光切割與焊接技術憑借其高精度、高效率和廣泛適用性，已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)和科學研究中的關鍵工具。
隨著激光技術的不斷發(fā)展，這些技術將在更多領域得到應用，并推動相關行業(yè)的發(fā)展。
