激光加工与超声波加工技术对比分析赵国帅摘要：激光加工和超声波加工都属于特种加工，本文主要介绍了激光加工和超声波加工在工作原理，发生装置上存在差异。

此外还有他们各自的应用特点，以及实际加工方式都存在着的优缺点。

关键词：激光加工；超声波加工；特点对比；实例分析Comparative Analysis of Laser Processing and Ultrasonic Machining TechnologyZHAO Guo-shuaiAbstract:Laser processing and ultrasonic machining belong to the special processing. The contest aim to talk about the difference of laser processing and ultrasonic machining in the working principle and generator, in addition it contains their application characteristics and their advantage and disadvantage in different actually processings. Keywords:Laser processing; Ultrasonic processing; Contrast characteristics; The example analysis目录摘要 (1)前言 (2)1 定义与原理 (2)1.1 定义 (2)1.1.1 激光加工技术 (2)1.1.2 超声波加工技术 (2)1.2原理 (2)1.2.1 激光加工技术 (3)1.2.2 超声波加工 (3)1.3 激光加工与超声波加工定义和原理对比分析 (4)2 应用和特点 (4)2.1 激光加工与超声波加工应用特点对比分析 (4)2.1.1 激光加工技术特点 (4)2.1.2超声波加工技术特点 (5)3 实例对比分析 (5)3.1 激光加工和超声波加工焊接对比分析 (5)3.1.1 原理对比分析 (5)3.1.2 优缺点对比分析 (6)3.2 激光加工和超声波加工深孔加工对比分析 (6)3.3 激光加工和超声波加工切削加工对比分析 (6)3.3.1 激光加工发展运用 (6)1.2.2 超声波加工发展运用 (7)4 结论 (7)参考文献 (9)前言激光加工是激光应用最有发展前途的领域，国外已开发出20多种激光加工技术。

激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，特别适用于自动化加工。

激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。

与此同时近几十年来，超声加工技术的发展迅速，在超声振动系统、深小孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、超声复合加工领域均有较广泛的研究和应用，尤其是在难加工材料领域解决了许多关键性的工艺问题，取得了良好的效果。

本文主要是分析对比激光加工和超声波加工在工作原理以及实际应用中的相同点和不同点，还有他们各自独特机械加工方式，来指导他们在机械加工中的选择应用。

1 定义与原理1.1 定义1.1.1 激光加工技术激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工等的一门技术。

激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门，对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。

1.1.2 超声波加工（ultrasonic machining ）超声加工是利用超声频作小振幅振动的工具，并通过它与工件之间游离于液体中的磨料对被加工表面的捶击作用，使工件材料表面逐步破碎的特种加工，英文简称为 USM。

超声加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和抛光。

1.2 原理1.2.1 激光加工技术激光加工利用高功率密度的激光束照射工件,使材料熔化气化而进行穿孔、切割和焊接等的特种加工。

从激光器输出的高强度激光经过透镜聚焦到工件上，其焦点处的功率密度高，温度高达1万摄氏度以上，任何材料都会瞬时熔化、气化。

激光加工就是利用这种光能的热效应对材料进行焊接、打孔和切割等加工的。

通常用于加工的激光器主要是:固体激光器如图1.1和气体激光器如图1.2两种。

以下是这两种加工器的加工原理图示：图1.1固体激光器原理图图1.2 气体激光器原理图早期的激光加工由于功率较小，大多用于打小孔和微型焊接。

到20世纪70年代，随着大功率二氧化碳激光器、高重复频率钇铝石榴石激光器的出现，以及对激光加工机理和工艺的深入研究，激光加工技术有了很大进展，使用范围随之扩大。

数千瓦的激光加工机已用于各种材料的高速切割、深熔焊接和材料热处理等方面。

各种专用的激光加工设备竞相出现，并与光电跟踪、计算机数字控制、工业机器人等技术相结合，大大提高了激光加工机的自动化水平和使用功能。

1.2.2 超声波加工技术超声波发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动，通过振幅扩大棒（变幅杆）使固定在变幅杆端部的工具振产生超声波振动，迫使磨料悬浮液高速地不断撞击、抛磨被加工表面使工件成型。

加工原理如图 1.3所示。

加工时，在工具头与工件之间加入液体与磨料混合的悬浮液，并在工具头振动方向加上一个不大的压力，超声波发生器产生的超声频电振荡通过换能器转变为超声频的机械振动，变幅杆将振幅放大到0.01～0.15 mm，再传给工具，并驱动工具端面作超声振动，迫使悬浮液中的悬浮磨料在工具头的超声振动下以很大速度不断撞击抛磨被加工表面，把加工区域的材料粉碎成很细的微粒，从材料上被打击下来。

虽然每次打击下来的材料不多，但由于每秒钟打击16000次以上，所以仍存在一定的加工速度。

与此同时，悬浮液受工具端部的超声振动作用而产生的液压冲击和空化现象促使液体钻入被加工材料的隙裂处，加速了破坏作用，而液压冲击也使悬浮工作液在加工间隙中强迫循环，使变钝的磨料及时得到更新。

图1.3 超声波加工方法示意图1.3 激光加工与超声波加工定义和原理对比分析激光主要有四大特性：(1)、激光高亮度(2)、高方向性3)、高单色性(4)、高相干性。

超声波具有如下几种主要性质：(1)、超声波能传递高能量性；(2)、超声波空化作用；(3)、超声波的反射、透射、折射性；(4)、超声波的衍射性；(5)、超声波的干涉和共振性。

从表 1.1中可以看出两种加工方式在原理上是有巨大差别的，但它们在机械加工忠有很多相同点。

表1.1 Array2 应用和特点2.1 激光加工与超声波加工应用特点对比分析2.1.1 激光加工技术特点1)、光点小，能量集中，热影响区小；2)、不接触加工工件，对工件无污染；3)、不受电磁干扰，与电子束加工相比应用更方便；4)、激光束易于聚焦、导向，便于自动化控制。

5)、范围广泛：几乎可对任何材料进行雕刻切割。

6)、安全可靠：采用非接触式加工，不会对材料造成机械挤压或机械应力。

7)、精确细致：加工精度可达到0.1 mm8)、效果一致：保证同一批次的加工效果几乎完全一致。

9)、高速快捷：可立即根据电脑输出的图样进行高速雕刻和切割，且激光切割的速)度与线切割的速度相比要快很多。

10)、成本低廉：不受加工数量的限制，对于小批量加工服务，激光加工更加便宜。

11)、切割缝细小：激光切割的割缝一般在0.1-0.2 mm。

12）、切割面光滑：激光切割的切割面无毛刺。

13）、热变形小：激光加工的激光割缝细、速度快、能量集中，因此传到被切割材料上的热量小，引起材料的变形也非常小。

14）、适合大件产品的加工：大件产品的模具制造费用很高，激光加工不需任何模具制造，而且激光加工完全避免材料冲剪时形成的塌边，可以大幅度地降低企业的生产成本提高产品的档次。

15)、节省材料：激光加工采用电脑编程，可以把不同形状的产品进行材料的套裁，最大限度地提高材料的利用率，大大降低了企业材料成本。

2.1.2 超声波加工技术特点1)、不受材料是否导电的限制；2)、工具对工件的宏观作用力小、热影响小，因而可加工薄壁、窄缝和薄片工件；3)、被加工材料的脆性越大越容易加工，材料越硬或强度、韧性越大则越难加工；4）、由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用，磨料的硬度应比被加工材料的硬度高，而工具的硬度可以低于工件材料；可以与其他多种加工方法结合应用，如超声振动切削、超声电火花加工和超声电解加工等。

5）、超声加工主要用于各种硬脆材料，如玻璃、石英、陶瓷、硅、锗、铁氧体、宝石和玉器等的打孔(包括圆孔、异形孔和弯曲孔等)、切割、开槽、套料、雕刻、成批小型零件去毛刺、模具表面抛光和砂轮修整等方面。

6）、加工范围广，可加工淬硬钢、不锈钢、钛及其合金等传统切削难加工的金属、非金属材料；适合深小孔、薄壁件、细长杆、低刚度和形状复杂、要求较高零件的加工；适合高精度、低表面粗糙度等精密零件的精密加工。

7）、切削力小、切削功率消耗低；由于超声波加工主要靠瞬时的局部冲击作用，故工件表面的宏观切削力很小，切削应力、切削热更小。

8）、工件加工精度高、表面粗糙度低；可获得较高的加工精度（尺寸精度可达0.005～0.02 mm）和较低的表面粗糙度(Ra值为0.05～0.2)，被加工表面无残余应力、烧伤等现象，也适合加工薄壁、窄缝和低刚度零件。

9）、易于加工各种复杂形状的型孔、型腔和成型表面等；10）、工具可用较软的材料做成较复杂的形状；11）、超声波加工设备结构一般比较简单，操作维修方便。

3 实例对比分析3.1 激光加工与超声波加工焊接对比分析3.1.1 原理分析对比（1）、激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。

由于其独特的优点，已成功地应用于微、小型零件焊接中。

（2）、超声波金属焊接原理是利用超声频率（超过16 KHz ）的机械振动能量，连接同种金属或异种金属的一种特殊方法。

金属在进行超声波焊接时，既不向工件输送电流，也不向工件施以高温热源，只是在静压力之下，将框框振动能量转变为工作间的摩擦功、形变能及有限的温升。

接头间的冶金结合是母材不发生熔化的情况下实现的一种固态焊接。

3.1.2 优缺点对比分析（1）、激光焊接速度快、深度大、变形小。

能在室温或特殊的条件下进行焊接，焊接设备装置简单。