7第七章激光加工技术.docx
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7第七章激光加工技术
第7章激光加工技术
激光的亮度高、方向性好的特点使光能（功率）可以集中在很小的区域内，因此，自第一台激光器诞生以后，人们就开始探索激光在加工领域中的应用。
七十年代初期，Nd:
YAG激光就开始用于工业生产。
随着大功率激光器与各种激光技术的发展，激光与材料相互作用研究的深入，激光加工已经成为加工领域中的一种常用技术。
激光加工作为一种非接触、无污染、低噪声、节省材料的绿色加工技术还具有信息时代的特点，便于实现智能控制，实现加工技术的高度柔性化和模块化，实现各种先进加工技术的集成。
因此，激光加工已经成为21世纪先进制造技术不可缺少的一部分。
激光加工指的是激光束作用于物体表面而引起的物体变形或改性的加工过程。
按照光与物质作用的机理，可分为激光热加工与激光光化学反应加工[33]。
激光热加工是基于激光束加入物体所引起的快速热效应的各种加工过程。
激光光化学反应是借助于高密度高能光子引发或控制光化学反应的各种加工过程。
两种加工方法都可对材料进行切割、打孔、刻槽、标记。
前者对于金属材料焊接、表面改性、合金化更有利，后者则适用于光化学沉积、激光刻蚀、掺杂和氧化。
激光热加工现在已发展得比较成熟，本章主要讨论与激光热加工有关的问题。
激光诱导化学过程将在第10章中作简单介绍。
7.1激光加工原理
本节讨论激光热加工的原理。
无论是哪一种激光加工的方法，都要将一定功率激光束聚焦于被加工物体上，使激光与物质相互作用。
以金属加工为例，功率密度达到1041011WCM-2的激光聚焦照射下，物表面将吸收大量激光能量。
随着照射时间的推移，激光束与金属表面之间会产生多种相互作用过程。
首先是热吸收过程，使材料局部升温。
激光脉冲能量足够高，脉宽足够短，会产生冲击强化过程。
随着热作用的持续，温度升高，导致表面熔化过程。
继续照射，熔池会向内部发展，熔池表面发生气化过程。
几乎与此同时，等离子体开始产生，形成的气化物和等离子体产生屏蔽现象。
持续照射，屏蔽作用减弱，称作复合过程[34]。
与上述诸过程相对应，在不同激光参数下的各种加工的应用范围如图7-1所示。
激光脉宽10ms左右，聚焦功率密度在102W/mm2时，作用于金属表面，主要产生温升相变现象，用作激光相变硬化；激光作用时间在10～4ms之间，聚焦功率密度在102～104W/mm2的范围时，金属材料除了产生温升、熔化现象之外，主要是气化，同时还存在激波，可用于熔化、焊接、合金化和熔敷。
激光作用时间在10-4s，聚焦功率密度在105～109W/mm2的范围时，金属材料除了产生温升、熔化现象之外，还发生气化同时存在激波和爆炸冲击，主要用于打孔、切割、划线和微调等。
激光作用时间在<10-6s，聚焦功率密度增加到109W/mm2时，除了产生上述现象外，金属内热压缩激波和金属表面上产生的爆炸冲击效应变为主要现象，主要用于冲击硬化。
对激光与材料的相互作用过程的物理描述可以分为以下四个方面。
7．2激光加工时产生的各种物理现象
7.1.1材料对激光的吸收
激光热加工时首先发生的是材料对激光能量的吸收。
一束激光照射到材料表面时，除一部分被材料表面反射，其余部分透入材料内部被材料吸收。
透入材料内部的光能主要对材料起加热作用。
不同材料对不同波长激光吸收率不同。
假设材料表面反射率为
，则吸收率为
（7-1）
对于大部分金属来说，反射率在70%-90%之间。
当激光由空气垂直入射到平板材料上时，根据菲涅尔公式，反射率为
（7-2）
式中
和
分别为材料复折射率的实部和虚部，非金属材料的虚部为零。
实际上，金属对激光的吸收还与温度、表面粗糙度、有无涂层、激光的偏振特性等诸多因素有关。
金属与激光相互作用过程中，光斑处温度上升，引起熔化、沸腾和汽化的现象，导致电导率改变，会使得反射率发生很复杂的变化。
7.1.2材料的加热
材料的加热是光能转变为热能的过程。
设入射激光束的光功率密度为
，材料表面吸收的光功率密度为
，则有
（7-3）
1.5节中已证明，激光在材料内部传播过程中，光强按指数规律衰减。
激光从表面入射到材料内部深度为
处的光强就是该点的光（电磁场）功率密度
，因而
（1-89）
式中
为材料的吸收系数。
一般将激光在材料内的穿透深度定义为光强降至I0/e时的深度，因而穿透深度为
。
多数金属的吸收系数约为105-106cm-1，激光对各种金属的穿透深度在l0-100nm的数量级。
非金属对激光的反射比较低，吸收比较高。
但是有些非金属材料在一定波段的吸收系数也很低；如GaAs,ZnSe,NaCl,KBr,CdTe和Ge等，常用作红外高功率激光器中的输出窗口材料和外光路中的透镜材料。
激光束在很薄的金属表面层内就被吸收，使金属内自由电子的热运动能增加，并在很短的10-11—10-10s时间内与晶格碰撞，把电子的动能转化为晶格的热振动能。
引起材料温度的升高，然后按照热传导的机理向周围和材料内部传播。
为了得到加热阶段的温度分布，必须求解热传导微分方程。
对于各向同性的均匀材料，激光加热的热传导偏微分方程的一般形式[34]为
（7-4）
式中
为材料密度，
为比热容，
为温度，
为材料热导率，
为作用于材料内部的热源的体积功率密度即单位时间体积的发热量。
该方程的意义是材料内部单位时间、单位体积内的能量守衡定律。
方程右边表示热源供给的热量，左边第一项是使材料升温需要的热量，第二项是
点向周围材料传递消耗的热量。
在激光照射的过程中，体积热源是式（1-89）表示的光功率密度产生的。
如果光功率的损耗全部变成热量，则有
（7-5）
从理论上讲，将式（7-4）、（7-5）、（1-89）联立起来，根据加工时的各工艺参数以及初始条件，可以解出加工过程中激光照射区的温度场分布。
但是实际加工时，照射的激光并不是如式（1-89）所示的一维分布；照射过程中材料的吸收系数
、材料热导率λt、、材料密度
以及比热容
等都不再是个常数而是一个四维变量。
在微观情况下的这些参数变化规律也不能用宏观静态实验来取得。
而且在激光加热过程中，材料的热物理参数（如吸收比、比热容、热扩散率和热导率等）随温度升高而变化，如果它们是温度的函数就会使热传导方程变得高度非线性。
因此热传导方程的求解十分困难。
尽管不能针对实际的激光热加工过程求解温度场分布以直接指导激光热加工的研究和工艺设计，一些简化假设的结果还是有意义的。
如果半无限大（即物体厚度无限大）物体表面受到均匀的激光垂直照射加热，被材料表面吸收的光功率密度不随时间改变，而且光照时间足够长，以至被吸收的能量、所产生的温度、导热和热辐射之间达到动平衡，此时圆形激光光斑中心的温度可以由下式确定[36]
（7-5）
式中
（W）为入射激光的总光功率，
（cm）为光斑半径，
（W/cm•℃）为材料的导热系数，
为（7-1）式定义的材料光吸收率。
温度作为考察点离开表面的距离
及加热时间
的函数，这里分别为
和
。
如果光照时间为有限长
（s），考察点离开表面的距离
（cm）也不为零，此时圆形激光光斑中心轴线上考察点的温度为[31]
（7-6）
式中热扩散系数
，
（g/cm3）是材料密度，
（J/g•℃）是材料比热，函数
。
进一步假设照射激光是高斯光束，且入射到表面上的光束有效半径为
，则激光光斑的功率密度可用离开中心的距离
表示为
式中
为激光光斑中心的功率密度。
持续加热得到的光斑中心的温度最大值为[36]
（7-7）
7.1.3材料的熔化与气化
激光照射引起的材料破坏过程是由于靶材（被加工材料）在高功率激光照射下表面达到熔化和气化温度,使材料气化蒸发或熔融溅出，同时靶材内部的微裂纹与缺陷由于受到材料熔凝和其它场强变化而进一步扩展，从而导致周围材料的疲劳和破坏的动力学过程。
激光功率密度过高，材料在表面气化，不在深层熔化；激光功率密度过低，则能量会扩散到较大的体积内，使焦点处熔化的深度很小。
一般情况下，被加工材料的去除是以蒸气和熔融状两种形式实现的。
如果功率密度过高而且脉冲宽度很窄时，材料会局部过热，引起爆炸性的气化，此时材料完全以气化方式去除，几乎不会出现熔融状态。
非金属材料在激光照射下的破坏效应十分复杂，不同非金属也差别很大。
一般地说，非金属的反射率很低，而导热性也很低，因而进入非金属材料内部的激光能量就比金属多得多，热影响区却要小。
因此，非金属受激光高功率照射的热动力学过程与金属十分不同。
实际激光加工时有脉冲和连续两种工作方式，它们要求的激光输出功率和脉冲特性也不尽相同。
7.1.4激光等离子体屏蔽现象
如前所述,激光作用于靶表面，引发蒸气，蒸气继续吸收激光能量，使温度升高。
最后在靶表面产生高温高密度的等离子体。
这种等离子体向外迅速膨胀，在膨胀过程中等离子体继续吸收入射激光，无形之中等离子体阻止了激光到达靶面，切断了激光与靶的能量耦合。
这种效应叫做等离子体屏蔽效应。
等离子体屏蔽现象的研究是激光与材料相互作用过程研究的重要方面之一。
等离子体吸收大部分入射激光，不仅减弱了激光对靶面的热耦合，同时也减弱了激光对靶面的冲量耦合。
当激光功率较小（<106Ｗ/ｃｍ2）时，产生的等离子体是稀疏的。
它依附于工件表面，对于激光束是近似透明的。
当激光束功率密度处于106～107Ｗ/ｃｍ2范围时，等离子体明显增强，表现出对激光束的吸收、反射和折射作用。
这种情况下等离子体向工件上方和周围扩展较强，在工件上方形成稳定的近似球形的云团。
当功率密度进一步提高达到107Ｗ/ｃｍ2以上时，等离子体强度和空间位置呈周期性变化，如图7-2所示。
在高功率焊接时，如果产生的等离子体尺寸超过某一特征值时或者脱离工件表面，会出现激光被等离子体屏蔽的现象，以至终止激光焊接过程。
等离子体对激光的屏蔽机制有三种：
吸收、散射和折射。
逆韧致辐射是等离子体吸收主要机制，例如，CO2激光在氩气保护下焊接铝材时，光致等离子的平均线性吸收系数在0.1—0.4cm-1之间。
CO2击穿时，Ar等离子体对激光的最高吸收率为40%。
在Ar气氛下CO2激光作用于Al靶，功率5kw时，等离子体对激光的吸收率为20.6%；功率7kw时，为31.5%。
等离子体对激光的散射是由蒸发原子的重聚形成的超细微粒所致，超细微粒的尺寸与气体压力有关，其平均大小可达80nm，远小于入射光的波长。
超细微粒引起的瑞利散射是等离子体对激光屏蔽又一个原因。
光致等离子体空间分布的不均匀导致折射率变化，从而使激光穿过等离子体出现散焦现象，使光斑扩大，功率密度降低。
这就是等离子体屏蔽激光的第三个原因。
用一台10W的波导CO2激光器水平穿过2KW多模激光束焊接时诱导产生等离子体。
测量有等离子体和无等离子体时的探测激光束的功率密度分布，可以发现激光束穿过等离子体后其峰值功率密度的位置偏离原来的光轴。
7.2激光表面改性技术
激光改性是材料表面快速局部处理工艺的一种新技术，它包括激光淬火、激光表面熔凝、激光表面熔覆、激光冲击强化、激光表面毛化等。
通过激光与材料表面的相互作用，使材料表层发生所希望的物理、化学、力学性能的变化，改变材料表面结构，获得工业上的许多良好性能。
它主要用于强化零件的表面，工艺简单、加热点小、散热快，可以自冷淬火。
表面改性后的工件变形小，适于作为精加工的后续工序。
由于激光束移动方便，易于控制，可以对形状复杂的零件，甚至管状零件的内壁进行处理，激光改性应用十分广泛。
这里主要介绍激光淬火、激光表面熔凝及激光表面熔覆。
7.2.1激光淬火技术的原理与应用
激光淬火技术，又称激光相变硬化，它利用聚焦后的激光束照射到钢铁材料表面，使其温度迅速升到相变点以上。
当激光移开后，由于仍处于低温的内层材料的快速导热作用，使表层快速冷却到马氏体相变点以下，获得淬硬层。
激光淬火不需要淬火介质，只要把激光束引导到被加工表面，对其进行扫描就可以实现淬火。
因此，激光淬火设备更象机床。
图7-3为一台柔性激光加工系统[34]，它通过五维运动的工作头把激光射到被加工的表面，在计算机控制下直接扫描被加工表面，完成激光淬火。
图7-3柔性激光加工系统示意图
激光淬火原理与感应加热淬火、火焰加热淬火技术类似，只是其所使用的能量密度更高，加热速度更快，工件变形小，加热层深度和加热轨迹易于控制，易于实现自动化，因此在很多工业领域中正逐步取代感应加热淬火和化学热处理等传统工艺。
激光淬火可以使工件表层0.1—1.0mm范围内的组织结构和性能发生明显变化。
图7-4所示是45钢表面激光淬火区截面低倍形貌图。
图中白亮色月牙型的区域为激光淬硬区。
白亮区周围的灰黑色区域为过渡区，过渡区之外为基材。
图7-5所示是该淬火区显微硬度沿深度方向的分布曲线。
可见，淬火后硬度大幅度提高，且硬度最高值位于近表面。
图7-4钢表面激光淬火区横截面金相组织图图7-545钢表面激光淬火区显微硬度
与淬硬层深度的关系[7-7]
依据激光器的特点不同，激光淬火可分为CO2激光淬火和YAG激光淬火。
但不论是哪种淬火方式，影响淬硬层性能的主要因素基本相同。
具体包括如下几点：
1.材料成分
材料成分是通过材料的淬硬性和淬透性来影响激光淬硬层深度与硬度的。
一般说来，随着钢中含碳量的增加，淬火后马氏体的含量也增加，激光淬硬层的显微硬度也就越高，如图7-6所示。
钢的淬透性越好，相同激光淬火工艺参数条件下淬硬层的深度要比含碳量相同时的碳素钢要深。
图7-6基材含碳量与激光淬火层显微硬图7-7原始组织及扫描速度对激光淬硬
度的关系[7-7]层深度的影响[7-7]
2.激光工艺参数
激光淬火层的宽度主要决定于光斑直径
。
淬硬层深度
由激光功率
、光斑直径和扫描速度
共同决定[33]
式中
的物理意义为单位面积激光作用区注入的激光能量，称为比能量，单位为J／cm2。
描述激光淬火的另一个重要工艺参数为功率密度，即单位面积注入工件表面的激光功率。
为了使材料表面不熔化，激光淬火的功率密度通常低于104W／cm2，一般为1000-6000W／cm2。
3.表面预处理状态
表面预处理状态包括两个方面：
一是表面组织准备，即通过调质处理等手段使钢铁材料表面具有较细的表面组织，以便保证激光淬火时组织与性能的均匀、稳定。
原始组织为细片状珠光体、回火马氏体或奥氏体的工件，激光淬火后得到的硬化层较深；而原始组织为球状珠光体的工件只能得到较浅的硬化层；原始组织为淬火态的基材激光淬火以后硬度最高，硬化层也最深，如图7-7示。
二是表面“黑化”处理，以便提高钢铁表面对激光束的吸收率。
主要采用下述方法：
a）通过磷化处理在工件表面形成一层磷酸盐：
磷酸锰、磷酸锌等，其中以磷酸锰最多。
早期曾广泛使用，其吸收率可达80％。
但是磷酸盐膜经激光处理后在工件表面晶间出现微裂纹；磷酸锰膜经激光处理后生成低熔点化合物会沿铁基合金晶界钻入几个晶粒深度；磷化表面经激光处理后使表面粗糙度增加。
b）刷黑漆:
近年来美国多用一种牌号Krylon1602的黑漆，其主要成份为石墨粉和硅酸钠或硅酸钾，采用喷涂法。
厚度10-20m。
c）涂石墨加氧化物，氧化锆涂层的吸收率可达84.3%-90.1%，而碳黑涂层的吸收率则为68.8％。
d）涂SiO2型涂料，一种以SiO2为骨料的可喷涂涂料。
选用200-300目的精制石英粉，除对激光有很高的吸收率以外，在激光照射下能形成液态均匀覆盖于金属表面冷却时结成固态薄膜，由于与金属的热膨胀系数的差异而能自行脱落，有利于使激光淬火前后金属表面粗糙度变化最小。
在铸铁上曾测得粗糙度仅从0.18增至0.26。
同时选定醇基酚醛树脂为粘结剂，乙醇为溶剂，并选用少量稀土金属氧化物为活性添加剂。
在钢铁表面，稀土氧化物有活化石墨，增加碳在Fe-c合金中溶解度的作用。
混合稀土氧化物价格低廉，效果比氧化铈、氧化镧还要好。
喷涂时层厚可在50-75m范围内。
由于激光淬火工艺具有加热速度快、淬火硬度高、工件变形小、淬火部位可控、不需淬火介质、生产率高、无氧化、无污染等优点，已在国内外得到广泛应用。
例如，早在1974年，美国通用汽车公司Saginaw转向器分厂在世界上最先将激光淬火技术应用于汽车转向器壳体的表面强化，实现大批量工业化生产。
壳体的材料为可锻铸铁，精度要求高，淬火费用仅为高频感应加热淬火和渗氮处理的l／5。
1978年，美国通用汽车公司又建成了EMD柴油机气缸套激光热处理生产线，用4台5000WCO2激光器在铸铁气缸套内壁处理出宽2.5mm、深0.5mm的螺旋线硬化带，并规定缸套必须经激光处理方可出厂。
我国激光淬火技术研究在二十世纪八十年代初期开始起步，发展十分迅速，现已在国内建立了数十条激光淬火生产线。
如长春第一汽车集团公司和北京吉普车公司先后将激光淬火技术用于汽车缸套内壁强化，建立起数条激光淬火生产线。
激光淬火后，缸体内获得4.1-4.5mm宽、0.3-0.4mm深、表面硬度644-825HV的螺旋线淬火带，耐磨性比电火花强化缸套提高约1倍。
北京某公司对汽车发动机缸体进行激光硬化处理，采用激光功率为900w，扫描速度40mm/s，对发动机缸体内壁进行激光处理。
激光硬化带宽3.0mm、淬硬层深0.25-0.3mm，硬度达63HRC，将使用寿命提高3倍。
如图7-8所示是经激光淬火以后的发动机缸套，缸套内致密的螺旋即为激光淬火区。
缸体、缸套激光硬化技术已完全成熟。
正进一步得到推广应用。
图7-8激光淬火的缸套
激光淬火工艺的不足之处在于单道淬火的激光区域宽度有限，通过多道搭接实现大面积淬火又容易产生回火软带。
因此，在筒类零件激光淬火时，一般采用螺旋扫描。
以避免产生回火软化区。
实践表明，螺旋的激光淬火带有利于提高工件的耐磨性。
因为工件表面存在的软带可以起储油作用，从而降低摩擦副的摩擦系数。
但对于一些要求有大面积均匀的表面硬化层的工件来说，激光淬火技术因为无法解决回火软带的问题而受到限制。
7.2.2激光表面熔凝技术
这种表面处理是用激光束将表面熔化而不加任何合金元素，以达到表面组织改善的目的。
有些铸锭或铸件的粗大树枝状结晶中常有氧化物和硫化物夹杂、金属化合物及气孔等缺陷。
如果这些缺陷处于表面部位就会影响到疲劳强度，耐腐蚀性和耐磨性。
用激光作表面重熔就可以把杂质、气孔、化合物释放出来，同时由于迅速冷却使晶粒得到细化。
与激光淬火工艺相比，激光熔凝处理的关键是使材料表面经历了一个快速熔化-凝固过程，所获得的熔凝层为铸态组织。
工件横截面沿深度方向的组织依次为：
熔凝层、相变硬化层、热影响区和基材，如图7-9所示，因此也常称其为液相淬火法。
图7-10给出了激光熔凝处理后，T10钢表面显微硬度沿深度方向的分布。
不难看出，与图7-6相比，激光熔凝层比激光淬火层的总硬化层深度要深，硬度要高。
磨损实验的结果表明，其耐磨性也更好。
激光熔凝处理的缺点是，基材表面的粗糙度较大，后续加工量大，因而在许多方面的应用受到制约。
激光熔凝处理特别适合于灰口铸铁和球墨铸铁的表面强化，因为在熔凝处理进程中可以使铁中的石墨与铁基体混合，形成碳含量很高的白口铸铁，显微硬度可以高达1000—1100HV，耐磨性非常优越。
对于一些特定成分的材料来说，激光熔凝处理可以得到非晶态层，使基材表面的耐磨性、耐蚀性大幅度提高。
例如，激光快速熔凝Ni-P合金，可以得到均匀的非晶态层。
激光熔凝技术还可以用来细化金属材料的表面组织。
例如，采用激光熔凝Ni基高温合金单晶体，可以细化表面组织改善材料表面的抗高温蠕变性能，
图7-9激光熔凝处理后横截面组织图7-10T10钢激光熔凝层显微硬度
示意图沿淬硬层深度的分布[7-7]
7.2.3激光熔覆技术
激光熔覆（LaserCladding）技术亦称激光包覆、激光涂覆、激光熔敷，是一种新的表面改性技术。
它通过在基材表面添加熔覆材料，利用高功率密度的激光束使之与基材表面一起熔凝的方法，在基材表面形成其合金化的熔覆层，以改善其表面性能。
激光熔覆过程类似于普通喷焊或者堆焊过程，只是所采用的热源为激光束而已。
与后者相比，激光熔覆技术具有如下优点：
1.激光束的能量密度高，作用时间短，基材热影响区及热变形均可降低到最小程度。
2.控制激光输入能量，可以限制基材的稀释作用，保持原熔覆材料的优异性能，使覆层的成分与性能主要取决于熔覆材料自身的成分和性能。
因此，可以用激光熔覆各种性能优良的材料，对基材表面进行改性。
3.激光熔覆层组织致密，微观缺陷少，结合强度高，性能更优。
4.激光熔覆层的尺寸大小和位置可以精确控制，设计专门的导光系统，可对深孔、内孔、凹槽、盲孔等部位处理。
采用一些特殊的导光系统可以使单道激光熔覆层宽度达到20—30mm，最大厚度可达3mm以上，使熔覆效率和覆层质量进一步提高。
5.激光熔覆对环境无污染，无辐射，低噪声，劳动条件得到较大程度的改善。
激光熔覆工艺依据材料的添加方式不同，分为预置涂层法和同步送料法。
预置涂层法工艺是先采用某种方式（如粘结剂预涂覆、火焰喷涂、等离子喷涂、电镀等）在基材表面预置一层金属或者合金，然后用激光使其熔化，获得与基材冶金结合的熔覆层。
同步送料法指在激光束照射基材的同时，将待熔覆的材料送入激光熔池，经熔融、冷凝后形成熔覆层的工艺过程。
激光熔覆材料包括金属、陶瓷或者金属陶瓷，材料的形式可以是粉末、丝材或者板材，工艺过程如图7-11所示。
评价激光熔覆层质量的主要指标为：
熔覆层厚度、宽度、形状系数（宽度／厚度）、稀释率、硬度及其沿深度分布、基板的热影响区深度及变形程度等。
典型熔覆层的截面示意图见图7-12。
影响上述指标的主要工艺参数除了激光功率、光斑直径、功率密度、扫描速度等参数外，还包括送粉速率（或者预置层厚度）、熔覆材料对基材的浸润性、熔覆材料—基材固溶度、熔覆材料对光束吸收率、多道搭接时的搭接率、保护气体种类和预热—缓冷条件等。
激光熔覆层的宽度主要决定于光斑直径；而激光熔覆层的厚度与送粉量、扫描速度、功率密度等参数密切相关。
图7-11一步法激光熔覆示意图图7-12熔覆层示意图
常用激光熔覆材料包括镍基、铁基、钴基、铜基自熔合金、以及上述合金与碳化物（WC、TiC、SiC等），颗粒组成的金属陶瓷复合粉末以及Al2O3、ZrO2等陶瓷材料。
常用的基材包括钢铁、铝合金、铜合金、镍合金和钛合金等。
激光材料表面改性技术的工艺是个十分复杂的过程，目前还没有统一的数理模型。
对于不同的待处理材料，使用的激光参数有较大的差别。
因此，在利用激光表面改性技术时，要针对特定的待处理材料，在已有的经验和各种已发表的实践结果的基础上[38]，选择技术方案，进行工艺实验。
制作待处理材料的工艺试块，改变工艺参数，分析处理后的试块力学性能，优化激光表面改性技术参数，制定具体工艺流程。
7.3激光去除材料技术
激光去除材料是改变材料的尺寸或形状的激光加工工艺，是一种激光尺寸加工方法。
激光去除材料的机制主要分两种，一种完全取决于激光与材料相互作用，例如材料气化、材料蒸发；另一种在激光与材料相互作用同时还采用一些辅助方法，例如氧化、气吹。
基于激光去除材料的加工方法有激光打孔和激光切割两种。
7.3.1激光打孔
激光打孔是最早达到实用化的激光加工技术，也是激光加工的重要应用领域之一。
随着现代工业和科学技术的迅速发展，使用的高熔点高硬度材料越来越多，传统的加工方法已无法满足对这些材料的加工要求。
例如，在高熔点的钼板上加工微米量级的孔；在硬质合金（碳化钨）上加工几十微米的小孔；在红蓝宝石上加工几百微米的深孔以及金刚石拉丝模、化学纤维喷丝头等。
激光打孔正是适应这些要求发展起来的。
1.激光打孔原理
激光打孔机的基本结构包括激光器、加工头、冷却系统、数控装置和操作面盘（图7-13）。
加工头将激光束聚焦在材料上需加工孔的位置，适当选择各加工参数，激光器发出
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