土木建筑工程中的激光技術(shù)解析

激光只是作為一種測(cè)量和計(jì)測(cè)工具被廣泛使用于土木建筑行業(yè)，使測(cè)量精度得到了大幅度提高。可是自從激光發(fā)明之日起，人們就一直在探索它能夠作為一種高能量密度源而成為工業(yè)生產(chǎn)中有效的加工手段。近年來(lái)，這一設(shè)想已經(jīng)在金屬材料加工行業(yè)成為現(xiàn)實(shí)。相比之下，在土木建筑材料領(lǐng)域，激光加工技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有發(fā)揮其應(yīng)有作用。

其中主要原因包括：
1）激光器本身成本高、電光轉(zhuǎn)換效率較低、能量消耗大；
2）土木建筑材料種類(lèi)繁多、結(jié)構(gòu)性能復(fù)雜、有些要求較高的激光功率能量；
3）土木建筑行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，對(duì)配套設(shè)備要求較高。

然而，近年來(lái)，隨著激光技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)工作者在探討如何提高電光轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)，也在發(fā)展各種靈活有效的工藝方法，使這一加工技術(shù)在土木- 建筑材料領(lǐng)域的應(yīng)用逐步推廣，且顯示出良好的發(fā)展前景。高功率、小型化是目前激光器的兩大發(fā)展趨勢(shì)。這不僅是建筑領(lǐng)域，也是整個(gè)工業(yè)加工行業(yè)發(fā)展的要求。CO2 激光器和YAG 激光器是現(xiàn)今工業(yè)生產(chǎn)加工中使用最多的兩種激光設(shè)備。CO2 激光器輸出功率大，相對(duì)的電光轉(zhuǎn)換率高，但體積較龐大。

目前的研究方向是：改進(jìn)激勵(lì)方式，優(yōu)化腔內(nèi)結(jié)構(gòu)，尋找更有效的工作氣體組成，以提高效率，減小體積。YAG 激光器結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，穩(wěn)定性好。它輸出的紅外波段光束與石英光纖的耦合效率高，而且易于獲得短脈沖波形。目前專(zhuān)家正在研究通過(guò)調(diào)整YAG 晶體的摻雜以及采用新的激勵(lì)方式，如二極管激光抽運(yùn)等，以進(jìn)一步提高器件性能。?

準(zhǔn)分子激光器輸出光束的波長(zhǎng)短，在紫外波段范圍，其能量極易被材料吸收。因此加工能力強(qiáng)。但這種激光器平均輸出功率還不夠高，正向千瓦級(jí)發(fā)展。這種激光器目前主要應(yīng)用于加工精度要求較高的光刻技術(shù)。

此外，化學(xué)氧碘激光器是一種有希望的高功率激光器。與YAG 激光器相比，它的輸出效率和功率更高，其1.3 mm的波長(zhǎng)與石英光纖耦合更好。需解決諸如體積龐大、廢棄化學(xué)物質(zhì)處理等問(wèn)題，逐步從樣機(jī)走向產(chǎn)品化。

與此同時(shí)，針對(duì)具體的加工環(huán)境和要求，合理設(shè)計(jì)和配備外圍設(shè)備是實(shí)現(xiàn)高效、快捷加工的保證。以工業(yè)光纖及其他導(dǎo)光系統(tǒng)為手段，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、復(fù)雜環(huán)境下的作業(yè)。引進(jìn)計(jì)算機(jī)、數(shù)控、機(jī)器人及柔性加工技術(shù)，發(fā)展激光加工中心，將使加工水平進(jìn)一步現(xiàn)代化。另外，在激光器與加工物體的接合點(diǎn)，根據(jù)施工要求設(shè)計(jì)光束成型和聚焦系統(tǒng)，以及與之配套的熔渣排出器、去除物收集器、冷卻器等輔助設(shè)備，也是這一技術(shù)應(yīng)用中不可缺少的環(huán)節(jié)。

21世紀(jì)是科學(xué)技術(shù)大發(fā)展、大飛躍的時(shí)代。以信息、生物、能源、新材料和先進(jìn)加工制造技術(shù)為標(biāo)志的一場(chǎng)新的技術(shù)革命即將到來(lái)。激光加工作為一種先進(jìn)的加工手段，隨著激光技術(shù)自身的發(fā)展，外圍配套設(shè)備的完善和工藝水平的提高，它在土木建筑工程中的應(yīng)用將會(huì)全面推廣，必將給這一古老的行業(yè)帶來(lái)新的生機(jī)和發(fā)展機(jī)遇。