레이저 가공은 집속 레이저 빔을 열원으로 사용하여 공작물, 용융 금속 또는 비금속 재료에 영향을 미치고 작은 구멍, 절단, 조인트, 클래딩 층 및 기타 공정을 형성합니다. 본질적으로 레이저 가공은 레이저 광과 불투명 재료 사이의 상호 작용입니다. 미세한 관점에서 볼 때 이것은 양자 과정이지만 거시적 인 관점에서 반사, 흡수, 가열, 용융 및 기화와 같은 물리적 현상으로 나타납니다.
다양한 전력 밀도의 레이저 빔으로 조사하면, 재료 표면은 표면 온도 상승, 용융, 기화, 기공 형성 및 광유도 플라즈마 생성을 포함한 다양한 변화를 겪는다. 도 1.1 은 상이한 전력 밀도에서 레이저 조사 하에서 금속 재료의 표면에서 발생하는 다양한 물리적 변화를 예시한다.
레이저 전력 밀도가 10 μW/cm² 미만일 때, 금속에 의한 레이저 에너지의 흡수는 표면 상의 온도 증가를 초래하고, 전체 재료는 고체 상으로 유지된다. 이 전력 밀도 범위는 표면 열처리, 상 변환 경화, 또는 부품의 브레이징에 사용될 수 있다. 레이저 전력 밀도가 10-10 dec W/cm² 범위에있을 때 열 전도 가열 효과가 발생하여 재료의 표면 용융이 발생합니다. 이 범위는 금속 표면 재 용융, 합금, 피복 및 열전도 용접 (고속 박판 용접 및 정밀 스폿 용접 등) 에 적합합니다.
레이저 전력 밀도가 10 ° W/cm²에 도달하면 재료 표면의 레이저 열원 중심에있는 온도가 금속의 끓는점에 도달하여 금속이 플라즈마 증기를 형성하고 급속히 증발합니다. 기화 팽창 압력의 영향으로 액체 금속 표면이 아래로 편향되어 깊은 관통 기공을 형성합니다. 동시에, 금속 증기는 레이저 빔에 의해 이온화되어 광유도 플라즈마를 생성한다. 이 전력 밀도 범위는 주로 깊은 침투 레이저 용접, 절단 및 드릴링과 같은 가공 작업에 적합합니다.
레이저 전력 밀도가 10 μW/cm²를 초과하면, 광유도 플라즈마는 입사 레이저 빔과 반대 방향으로 전파되어 플라즈마 클라우드를 형성하여 레이저 광을 차폐할 수 있다. 이 단계는 드릴링 및 충격 경화와 같은 공정에 펄스 레이저를 사용하는 데 적합합니다.

초기 레이저 가공 기술은 낮은 전력으로 인해 주로 작은 구멍 드릴링 및 마이크로 용접에 사용되었습니다. 1970 년대 이래로 고출력 CO₂ 레이저와 고 반복 속도 이트륨 알루미늄 가넷 (YAG) 레이저의 출현과 레이저 처리 메커니즘 및 프로세스에 대한 심화 된 연구로 레이저 처리 기술은 상당한 진전을 이루었습니다. 응용 프로그램. 멀티 킬로와트 레이저 가공 장비는 고속 절단, 깊은 침투 용접 및 다양한 재료의 표면 처리에 사용되었습니다. 광전자 추적, 컴퓨터 수치 제어 및 로봇 공학과 같은 기술과 결합 된 다양한 특수 레이저 가공 장비의 도입은 레이저 가공의 자동화 수준과 유용성을 크게 향상 시켰습니다.

레이저는 전기, 화학, 열, 광학 또는 핵 에너지와 같은 원시 에너지를 특정 광학 주파수 (자외선, 가시 광선 또는 적외선) 에서 전자기 복사 빔으로 변환하는 프로세스로 이해할 수 있습니다. 이러한 에너지 전환은 일부 고체, 액체 또는 기체 매질에서 쉽게 달성된다. 이들 매체의 원자 또는 분자가 여기될 때, 이들은 레이저 광으로 알려진 거의 동일한 위상과 거의 단일 파장의 광선을 생성한다. 레이저 광의 공동 위상 및 단일 파장 특성으로 인해 발산 각도가 매우 작아서 용접, 절단, 클래딩 및 기타 응용 분야에 집중하기 전에 장거리를 이동할 수 있습니다.
레이저 처리 장비는 레이저, 광학 시스템, 기계 시스템 및 제어 및 감지 시스템의 네 가지 핵심 구성 요소로 구성됩니다. 레이저에 의해 방출된 고강도 레이저 빔은 렌즈에 의해 포커싱되고, 이어서 공작물 표면에 적용된다. 초점의 전력 밀도는 10 ~ sup1 에 도달 할 수 있습니다. ²W/cm² (10,000 ° C를 초과하는 온도에 해당). 이 에너지는 즉시 모든 물질을 녹이고 증발시킵니다. 레이저 가공은이 빛 에너지의 열 효과를 사용하여 용접, 드릴링 및 절단과 같은 작업을 수행합니다. 현재 가공에 일반적으로 사용되는 레이저는 YAG 고체 레이저 및 CO₂ 가스 레이저입니다. CO₂ 레이저는 단순한 구조, 높은 출력 전력 및 높은 에너지 변환 효율로 인해 레이저 가공에 널리 사용됩니다.