材料激光加工-概论课件

1、材料激光加工Laser Material Processing 授课教师：庞盛永 讲师材料科学与工程学院参考书目：激光制造技术，刘顺洪 等著， 华中科技大学出版社 课时和学分：选修课，24 学时/ 1.5 学分时间： 1-2、4-7周 周二、四上午第3、4节地点：东9楼D403课时、学分、时间和地点课后讨论联系方式和考核办法联系方式：模具国家重点实验室（新机械大楼）B401 E-mail: 电话考核办法：作业、点名 30% + 考试 70% (开卷) 课程主要内容第一章 概 述 第二章 激光产生的基本原理第三章 工业激光器及激光加工系统第四章 激光与材料相互作用原理第

2、五章 激光焊接第六章 激光切割和打孔第七章 激光表面处理观看工业激光器材料加工录像第一章 概述主要内容： 激光产生的历史 激光的特性 激光技术的广泛应用 激光加工发展现状与展望1. 1 激光产生的历史总体上可分为三个阶段受激辐射理论的提出技术上的准备第一台激光器的产生1.1.1、 受激辐射理论的提出紫外灾难1.1.1、 受激辐射理论的提出1900年，普朗克 提出“能量子假说”黑体幅射的经验公式理论依据尚不清楚长波和短波部分均与实验相吻合，“能量子”或“量子”概念：假设能量的幅射是不连续的，以一定的整数倍跳跃式地变化，量子假说与物理学界几百年来信奉的“自然界无跳跃”直接矛盾 需要新的理论解释1.

3、1.1、 受激辐射理论的提出普朗克定理1.1.2、 技术上的准备MASER的产生1953年，汤斯以NH3分子作为振荡器，实现了1.25cm微波量子振荡器 向波长更短方向迈进遇到了极大困难光学谐振腔模型的提出汤斯和肖洛的合作肖洛：原子光谱、FP仪、固体微波激射器等领域深有研究，提出了关键性建议：利用光学FP仪作为光学谐振腔1958年汤斯和肖洛联名在Physics Review上发表了题为“红外线和光学脉塞”的论文，1964年诺贝尔奖。1959年9月在纽约举行的第一届国际量子电子学会议上，提交了十几个激光器的设计方案 ，各国学者展开了 激烈角逐汤斯的红宝石 激光器建议伊朗杰万的HeNe激光器建议1

4、960年7月7日，纽约时报率先报道了梅曼得到激光的消息 美国休斯公司，年仅33岁，仅得5万美元资助良好的基础：原子分子光谱、红宝石微波激射器等不迷信：1959年8月开始研究激光，不迷信权威，发现红宝石的量子效应高达70，而非肖洛指出的1波长：0.6943um1.1.3、 第一台激光器的产生1.1.3、 第一台激光器的产生国外的第一台激光器1.1.3、 第一台激光器的产生中国的第一台激光器红宝石激光器1961年8月王之江等He-Ne激光器1963年7月邓锡铭等掺钕玻璃激光器1963年6月干福熹等GaAs同质结半导体激光器1963年12月王守武等脉冲Ar+激光器1964年10月万重怡等CO2分子激

5、光器1965年9月王润文等CH3I化学激光器1966年3月邓锡铭等YAG激光器1966年7月屈乾华等1. 2 激光的特性光源发射功率 w发散角rad立体角Sr发光面积m2亮度W/m2太阳41026242.5*1019105汞弧灯1042410-4107HeNe激光10310410-310-51010CO2激光10410310-610-31013红宝石激光1071.3*1035*10-610-41015高频率铷玻璃激光1093.5*1054.8*10-910-310211. 2 激光的特性1.2.3. 单色性好 单色性：光源所发出的光所包括的频率范围，频率范围越窄，单色性越好。普通光源单色光，同

6、位素Kr86的单色性最好：波长为0.6057m, 0.4710-6m激光的谱线宽度1011m，He-Ne激光的谱线可以窄到 21012m方向性单色性高亮度很小的光斑聚集很高的功率理想的加工热源1.2.4. 时间特性和相干性好1. 2 激光的特性光脉冲宽度可以极窄闪光灯：毫秒Q开关：109s；锁模：1014s飞秒激光1015s 激光是最好的相干光源1. 3 激光技术的广泛应用1.3.1 激光精密测量 单色性、相干性，用于计量检测能获得高计量精度，且方便快捷激光长度基准：波长632.8nm的He-Ne激光定义米尺，精确度提高到 210-2 nm；精密长度测量（利用光的干涉）：Lmax=2/，极好的

7、单色性使其计量的有效量程很大 ;测距和测速：L=ct/2，激光亮度高，脉冲宽度窄，故测距精度高；利用运动物体产生的反射光多普勒频移可测运动速度；1. 3 激光技术的广泛应用1.3.2 激光信息处理 光盘：存储密度高，读取时间短，无机械摩擦 光通讯光纤通讯自由空间激光通讯光计算机：光波具有并行性，可交叉，并可解决电子计算机的发热问题1. 3 激光技术的广泛应用1.3.3 强激光的应用材料激光加工切割、焊接、划片、雕刻、淬火、微纳加工等激光分离同位素现有方法：质量差别 分离系数低 耗能大选择性的激发、电离或解离，克服上述缺点激光核聚变：核燃料点火 惯性约束核聚变1.3.4 激光医学激光刀光照射：低

8、功率光照消炎、消肿、镇痛等作用1.3.5 激光武器、科学试验激光武器战术武器 (激光制导、激光致盲、激光扫雷)战略武器 (核聚变)科学试验应用 非线性光学激光光谱1. 3 激光技术的广泛应用1. 4 激光加工发展现状与展望1.4.1 激光加工的定义 激光束作用于物体表面而引起物体形状或性能的改变的的加工过程。1.4.2 激光加工的分类 热加工：激光作用于材料表面会产生热效应， 如焊接、切割、打孔、成型、表面处理等。 冷加工：激光与材料的作用时间远小于热传导的弛缘时间，可完全避免热效应，如飞秒激光打孔、微纳加工等(前沿问题)。 激光热加工工艺与功率、作用时间之间的对应关系高度的灵活性高精度生产率

9、高革新传统加工方式革新传统加工方式1.4.4 世界工业激光加工技术现状1.4.4 世界工业激光加工技术现状近年来每年市场增长15以上三个区域中心：北京、武汉、上海著名激光加工系统开发和生产单位：大恒科技、华工科技(上市)、电子十一所、楚天、上海激光（集团）总公司、大族公司(上市)等制约因素：激光器质量、导光系统、高速传动与精密定位、工艺技术1.4.4 世界工业激光加工技术现状我国激光加工技术现状1.4.5 工业激光加工应用实例1.4.5 工业激光加工应用实例1.4.5 工业激光加工应用实例1.4.5 工业激光加工应用实例1.4.5 工业激光加工应用实例1.4.5 工业激光加工应用实例1.4.5 工