第5章激光加工

10.激光加工技术

（LaserBeamMachining,LBM)激光加工原理和特点激光加工设备激光加工工艺及应用激光加工新技术10.1

激光加工原理和特点10.1.1激光的产生10.1.2原子发光原理10.1.3激光的特性10.1.4激光加工的特点10.1.1激光的产生光的二象性波动性（电磁学说）光是在一定波长范围内的电磁波波长：λ=c/ν，c=3×1010cm/s可见光：λ=0.4~0.76μm

(紫色~红色）微粒性（量子学说）光是一种具有一定能量的以光速运动的粒子流光子：具有一定能量的粒子光子的能量：E=hν，h—普朗克常数电磁波波普图10.1.2原子发光原理（1）原子的能级基态高能态(寿命短0.01μs)亚稳态(寿命较长的较高能级)激发氢原子的能级

原子激发与发光过程10.1.2原子发光原理（2）跃迁跃迁时发光，光的频率为ν=(En-E1)/h跃迁方式自发辐射（单色性差）受激辐射（产生激光）ν=(E2-E1)/h激发辐射10.1.3激光的特性（1）单色性好10.1.3激光的特性（2）方向性好10.1.3激光的特性（3）能量密度大10.1.3激光的特性（4）相干性好激光的特性普通光源激光光源亮度电灯：约470熙提太阳：约1.65×105熙提红宝石脉冲激光器，约3.7×1015熙提（输出功率1000MW/cm2）方向性无确定方向、发散角大、难汇聚发散角可以小到0.1毫弧度（近似于平行光），光束会聚其焦点处光斑为10μm）单色性氪灯光源的谱线宽△λ=0.0047Å激光的谱线宽一般小于10

-7Å相干性氪灯光源的相干长度L=78cm激光的相干长度可达几十公里10.1.4激光加工的特点功率密度大，可加工任何材料属非接触式加工，热影响区小、无工具损耗、易实现自动化光斑大小和功率可调，可进行微细加工重复精度不易保证（影响因素多）10.2激光加工设备10.2.1激光加工设备的组成激光器固体激光器气体激光器液体激光器半导体激光器激光电源光学系统机械系统10.2.2激光器的分类种类工作物质波长工作方式输出功率应用范围固体激光器红宝石0.694脉冲~20J打孔钕玻璃1.06脉冲~90J打孔掺钕钇石榴石，YAG1.06脉冲/连续~100KW/~150J打孔、切割、焊接气体激光器He-Ne0.63连续~1mW测量、显示Ar0.51连续~25W打孔、测量CO210.6脉冲/连续40KW打孔、切割、焊接、热处理准分子激光0.15~0.35脉冲~90mJ科研、医学、加工半导体激光器GaAs0.6~1.6脉冲/连续50mW通讯、计算机液体激光器染料激光器0.4~0.7脉冲100J分光、检测10.2.3固体激光器固体激光器聚光器

激光器工作原理10.3激光加工的应用激光打孔技术激光切割技术激光焊接技术激光合金化技术激光表面改性技术激光标记技术10.3.1激光打孔技术

(LaserDrilling)10.3.1.1影响激光打孔的因素（1）输出功率与照射时间照射时间过长→散热面大，损失能量照射时间过短→工件材料气化，损失能量焦距与发散角发散角小、焦距短→光斑小，功率密度大工件材料热学常数高→难加工10.3.1.1影响激光打孔的因素（2）焦点的位置10.3.1.1影响激光打孔的因素（3）光斑内的能量分布10.3.1.1影响激光打孔的因素（4）激光的多次照射10.3.1.2激光打孔实例10.3.2激光切割技术

(LaserCutting)激光切割原理汽化切割熔化切割氧助熔化切割控制断裂切割10.3.2.1汽化切割原理过程大功率密度(108w/cm3)照射→直接汽化→迅速排除加工对象

木材、塑料等10.3.2.2熔化切割原理过程 照射→熔化

→被辅助气体（惰性气体）吹走（功率密度107w/cm3)加工对象

铝等不氧产生热反应的金属10.3.2.3氧助熔化切割原理过程照射→达到金属燃点

→与氧产生燃烧反应→产生热量（60%为反应热）

→熔化→被辅助气体（氧气）吹走（功率密度5×106w/cm3)加工对象

钢、钛等金属10.3.2.4控制断裂切割原理过程小功率密度照射→局部热变形→局部形成裂缝→断裂加工对象

脆性材料10.3.2.5激光切割样件10.3.3激光焊接技术（1）

(LaserWelding)

激光焊接原理10.3.3激光焊接技术（2）10.3.4激光合金化技术

(LaserAlloyingtechnology)10.3.5激光表面改性技术

(LaserSurfaceModificationtechnology)10.3.6激光标记技术

（Lasermarkingtechnology)10.3.6激光标记技术掩模式标记法10.3.6激光标记技术线性扫描式标记法10.3.6激光标记技术激光打印式标记法10.4激光加工新技术板材激光弯曲加工技术激光烧结快速成形技术分层实体制造技术10.4.1板材激光成型技术（1）

(Laserbendingofmetersheets)10.4.1板材激光成型技术（2）10.4.2激光粉末烧结技术(1)

（lasersintering)创建CAD模型软件分层或离散化分层制造逐层制造直至完成最终零件必要的后处理取出零件10.4.2激光粉末烧结技术(2)

（lasersintering)10