第六章激光加工

1、第5章 激光加工 激光的产生原子核原子核原子结构稳定稳定状状态态当外加能量为当外加能量为零时，分子处零时，分子处于稳定状态。于稳定状态。原子核原子核原子核原子核激励激励激激励状励状态态当原子获得高能量时当原子获得高能量时其结构处于其结构处于不不稳定稳定状状态态还原还原光不不稳定的原子放出激光后，稳定的原子放出激光后，还原到原来的稳定状态还原到原来的稳定状态。激光的发生原理激励激励还原还原激励激励还原还原图图 红宝石激光示意图红宝石激光示意图 激光激光的特性激光的特性 普通光源 激光光源亮度电灯：约470sb太阳：约1.65X105 sb 红宝石激光器，约1.65X1015sb功率1000MW/

2、cm2方向无确定方向、发散角大、难会聚 发散角小到0.1mrad（近似平行光），光束会聚其焦点处光斑10um单色性氪灯的光源谱线宽为0.0047 激光的谱线宽度为10-7相干性氪灯光源的相干长度78cm激光的相干长度可达几十公里 激光加工、激光手术、激光武器等就利用了高亮度的特点。激光加工、激光手术、激光武器等就利用了高亮度的特点。激光打孔激光打孔激光切割激光切割利用激光杀死病人鼻癌细胞利用激光杀死病人鼻癌细胞 利用激光使脱落的视网膜再复位利用激光使脱落的视网膜再复位5.1 激光加工原理与特点一、激光加工的原理1234561激光器；2激光束；3全反射棱镜；4聚焦物镜；5工件；6工作台(1) 几

3、乎对所有的金属和非金属材料都可以进行激光加工。 (2) 激光能聚焦成极小的光斑，可进行微细和精密加工，如微细窄缝和微型孔的加工。(3) 可用反射镜将激光束送往远离激光器的隔离室或其它地点进行加工。 (4) 加工时不需用刀具，属于非接触加工，无机械加工变形。 (5) 无需加工工具和特殊环境，便于自动控制连续加工，加工效率高，加工变形和热变形小。二、激光加工的特点5.2 激光加工的基本设备激光加工的基本设备由激光器、电源、导光聚焦系统和加工机床(激光加工系统) 四部分组成。1) 激光器激光器是激光加工的重要设备，它的任务是把电能转变成光能，产生所需要的激光束。2) 导光聚焦系统根据被加工工件的性能

4、要求，光束经放大、整形、聚焦后作用于加工部位，这种从激光器输出窗口到被加工工件之间的装置称为导光聚焦系统。3) 激光加工系统激光加工系统主要包括床身、能够在三维坐标范围内移动的工作台及机电控制系统等。随着电子技术的发展，许多激光加工系统已采用计算机来控制工作台的移动，实现激光加工的连续工作。 一) 激光打孔5. 3 激光加工工艺及应用激光打孔原理激光打孔原理 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。却系统、数控装置和操作面盘。 激光打孔工艺参数的影响激光打孔工艺参数的影响 主要影响因素：输出功率与照射时间、焦距与发散角、焦

5、点位置、光斑内的能量分布、工件材料等。 被加工材料对打孔的影响被加工材料对打孔的影响 材料对激光的吸收率材料对激光的吸收率直接影响到打孔直接影响到打孔的效率。由于不同材料对不同激光波长有的效率。由于不同材料对不同激光波长有不同的吸收率，必须根据所加工的材料性不同的吸收率，必须根据所加工的材料性质选择激光器。质选择激光器。 激光打孔特点激光打孔特点1）可加工精度高、深径比大的微小孔可加工精度高、深径比大的微小孔2）能加工小至几微米的小孔能加工小至几微米的小孔5）容易实现自动化，加工效率高容易实现自动化，加工效率高3）可加工异型孔可加工异型孔4）能在所有金属和非金属材料上打孔能在所有金属和非金属材

6、料上打孔二）激光切割二）激光切割平面镜激光束辅助气体钛合金喷嘴聚焦透镜激光器CO2气体激光器切割钛合金示意图激光切割特点激光切割特点1）能切割任何难加工的高熔点材料、耐高温和能切割任何难加工的高熔点材料、耐高温和硬脆材料硬脆材料2）切割精度高切割精度高5）切割的深宽比高切割的深宽比高3）非接触切割非接触切割4）切割速度高切割速度高6）切割质量优良切割质量优良7）可与计算机数控技术结合，实现自动化加工可与计算机数控技术结合，实现自动化加工三）激光焊接激光焊接12341激光；2被焊接零件；3被熔化金属；4已冷却的熔池1、激光热导焊、激光热导焊 激光热导焊的激光热导焊的连接形连接形式式：片状工件的焊

7、接形式：片状工件的焊接形式有对焊、端焊、中心穿透有对焊、端焊、中心穿透熔化焊。熔化焊。 激光激光功率密度功率密度：激：激光功率密度低则熔深光功率密度低则熔深浅、焊接速度慢。浅、焊接速度慢。脉冲激光热导焊的脉冲宽度脉冲激光热导焊的脉冲宽度：脉冲宽度影响到焊接熔脉冲宽度影响到焊接熔深，热影响区的宽度等焊接的质量要求。脉宽时间长，深，热影响区的宽度等焊接的质量要求。脉宽时间长，焊接熔深热影响区都大，反之则小。因此，要根据激光焊接熔深热影响区都大，反之则小。因此，要根据激光功率的大小，要求的焊接熔深和热影响区的宽度大小来功率的大小，要求的焊接熔深和热影响区的宽度大小来适当选择脉冲宽度。适当选择脉冲宽度

8、。 离焦量离焦量对焊接质量的影响：对焊接质量的影响：因为焦点处激光光斑因为焦点处激光光斑中心的光功率密度过高，激光热导焊通常需要一定中心的光功率密度过高，激光热导焊通常需要一定的离焦量，使得光功率分布相对均匀。的离焦量，使得光功率分布相对均匀。 正离焦正离焦：焦平面位于工件上方；：焦平面位于工件上方；负离焦负离焦：焦平面位于：焦平面位于工件下方工件下方 。 脉冲激光热导焊的脉冲波形脉冲激光热导焊的脉冲波形：脉冲波形对于焊接质量脉冲波形对于焊接质量也有很大的影响。也有很大的影响。2、激光深熔焊、激光深熔焊 临界功率密度临界功率密度：深熔焊时，深熔焊时，功率密度必须大于某一数值，功率密度必须大于某

9、一数值，才能引起小孔效应。这一数才能引起小孔效应。这一数值，称为临界功率密度值，称为临界功率密度 激光激光深熔焊的熔深深熔焊的熔深 ：激激光深熔焊熔深与激光输出功光深熔焊熔深与激光输出功率密度密切相关，也是功率率密度密切相关，也是功率和光斑直径的函数和光斑直径的函数。 1）激光照射时间短，焊接过程极为迅速激光照射时间短，焊接过程极为迅速2）具有熔化净化效应，能纯净焊缝金属具有熔化净化效应，能纯净焊缝金属5）能以简单的措施实现光束偏转，更适用于复杂零能以简单的措施实现光束偏转，更适用于复杂零件焊接件焊接3）能量密度高，对高熔点、高导热率材料焊接有利能量密度高，对高熔点、高导热率材料焊接有利4）可透过透明体焊接，防止杂质污染和腐蚀可透过透明体焊接，防止杂质污染和腐蚀激光焊接