激光加工技术.ppt

1、激光加工技术概述，人们用凸透镜聚集太阳光，使纸质木材着火，但不能用于材料加工。 原因是什么？ 1 .地面太阳光的能量密度不高。 2 .太阳光不是单色光，而是红橙黄绿蓝紫等多种不同波长的多色光，聚焦不在同一平面上。 只有激光是可控制的单色光，强度高，能量密度大，聚光后在空气介质中融化什么材料，气化，可以高速加工各种材料。 激光技术是20世纪60年代初发展起来的一门新科学，在材料加工方面，正在形成一种新的加工方法激光加工(简称LBM lasser beam machining )。 激光加工可以用于冲孔、切割、焊接、热处理等各种领域。主要内容，一、激光加工的原理和特点二、激光加工的基本设备及其组成

2、部分三、激光加工的应用四、激光气穴泡的概要、一、激光加工的原理和特点(一)、激光的产生原理一、光的物理概念和原子的发光过程(一)光的物理概念光到底是什么直到现代根据光的电磁说，光实质上是一定波长范围内的电磁波，同样被认为也有波长、频率、波速c，这三者的关系是，=C/V将所有的电磁波按照波长和频率的顺序排列，得到电磁波频谱。 如图所示。 人们可见的光称为可见光，其波长为0.4-0.76um。 根据波长的不同，可见光分为红、橙、黄、绿、蓝、蓝、紫7种光，波长大于0.76um的称为红外光或红外线，小于0.4的称为紫外线。 根据光的量子学说，光被认为是以具有一定能量的光速运动的微粒子的流动，将这种具有

3、一定能量的粒子称为光子。 不同频率的光对应于不同能量的光子，光子的能力与光的频率成比例。 光子能量： E=hv (2)原子的发光原子由原子核和围绕原子核公转运动的电子组成。 原子的内能是电子围绕原子核旋转的动能和电子被原子核吸引的位置能的和。 如果因外界的作用电子和原子核的距离增减的话，原子的内部能量也会增减。 只有电子在离原子核最近的轨道上运动是最稳定的，这时原子所处的能级状态称为基态。 从外部向原子传递一定的能量时，原子的内部能量增加，外层电子的轨道半径扩大，被激发为高能量水平，被称为激发状态或高能量状态。 被高能量水平激发的原子一般是不稳定的，它总是想向低能量水平迁移，把原子从高能量水平

4、迁移到低能量水平的过程称为“迁移”。 在基态下原子可以长时间存在，但在激发态的各种高能水平的原子上停留的时间一般很短。 但是，一部分原子和离子的高能量水平和二次高能量水平具有长寿命，这个寿命长的高能量水平被称为亚稳定能量水平。 原子从高能量水平向低能量水平或基态迁移时，以光子的形式放射光能的情况较多，放射出的光的频率v、高能量状态En和低能量状态E1之差的关系是V=En-E1/h式中h为普朗克常数原子从高能量状态向低能量状态由于各激发原子自发向基态转变时时间序列上不同，所以发射的光子存在于各个方向。 而且激光的能级多，自发发射的光的频率和波长的大小不同，因此单色性差，方向性也差。 物质的发光除

5、了自发放射以外，还存在感应放射。当光入射到激发状态原子多的系统时，若该光的频率v接近En-E1/h，则处于激发能级的原子因该光的刺激而转向低水平，同时射出光，该光具有与入射光完全相同的特性，具有其频率、相位、传播方向，因此它们(3)、激光产生的具有亚稳定能级结构的物质在某外来光子能激发的条件下，吸收光能，使处于高能级的原子数大于处于低能级的原子数的现象称为“粒子数反转”。 在粒子数反转的状态下，如果一个光子照射该物体，光子的能量正好等于与这两个能级对应的能量差，则此时产生感应辐射，可以输出大量的光能。 (二)激光特性1，强度高红宝石脉冲激光的亮度比高压脉冲氙灯高37亿倍，比太阳表面亮度高20亿

6、倍以上2，在单色性好的激光出现之前，单色性最好的光源是氪灯，其单色光的中心波长为605.7nm； 光谱线宽为0.00047nm激光的光谱线宽小于10-8nm 3，相干性好，方向性好，(3)激光加工的特点激光加工特点主要有以下几个方面： 1、几乎可以对所有金属和非金属材料进行激光加工2 .激光可聚焦在极小的光斑上，可进行微细精密的加工，如微细狭缝和微孔的加工。 3 .可用反射镜将激光束传送到远离激光器的隔离室或其他地方进行加工。 4 .加工时不使用工具，非接触加工，无机械加工变形。 5、不需要加工工具和特殊环境，容易自动控制连续加工，加工效率高，加工变形和热变形小。 二、激光加工基本设备及其组成

7、部分的激光加工基本设备由激光、导光聚光系统和加工机(激光加工系统)三部分组成。 (1)激光是激光加工的重要设备，其任务是将电能转化为光能，产生必要的激光束。 根据工作物质的种类，1、固体激光：红宝石激光、钕玻璃激光、YGA (掺钕钇铝石榴石)激光2、气体激光：二氧化碳激光、氩离子激光、固体激光的基本结构示意图、密封式导光聚光系统或被加工工件的(3)激光加工系统的激光加工系统主要包括床、可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，许多激光加工系统采用修正机控制工作台的移动，实现激光加工的连续作业。 激光加工的形象，三，激光加工的应用(一)激光穿孔随着现代工业技术的发展，

8、硬度大、熔点高的材料的应用越来越多，并且这些材料上有小而深的孔，如修时器的宝石轴承、金刚石拉丝模具、 化学纤维的喷雾头以及火箭和柴油机中的这种加工任务，用通常的机械加工方法是困难的，也有不可能的，但是用激光打孔，可以比较好地完成任务。 激光打孔需要详细了解打孔材料和打孔要求。 理论上，激光在任何材料的不同位置都可以钻几微米、深20几毫米以上的小孔，但具体来说，直到某台打孔机，钻孔的范围是有限的。 因此，在开孔之前，最好充分理解现有激光的开孔范围，决定能否开孔。激光穿孔的质量主要与激光输出和照射时间、焦距和发散角、焦点位置、光斑内能量分布、照射次数和工件材料等因素有关。 在实际加工中，必须合理选

9、择这些工艺残奥仪表。 (2)激光切割激光切割的原理与激光穿孔相似，但工件和激光束必须相对移动。 在实际加工中，可采用工作台数控技术实现激光数控切割。 图7-10 CO2气体激光切割钛合金的示意图、激光切割多采用高输出的CO2激光，精细切割也能采用YAG激光。 激光可以切割金属，也可以切割非金属。 在激光切割过程中，激光不对被切割材料施加机械冲击和压力，激光切割狭缝小，自动控制容易，实际上常用于加工玻璃、陶瓷、各种精密细小的零件。 (3)激光焊接激光的功率密度为105107 W/cm2，照射时间约为1/100 s左右时，可以进行激光焊接。 激光焊接通常不需要焊锡或焊剂，只需“热熔”工件的加工区域

10、(参照图7-12 )。 激光焊接速度快，热影响区小，焊接质量高，可焊接同种材料，可焊接不同种材料，也可通过玻璃进行焊接。 图7-12激光焊接过程的示意图，(4)激光表面处理在激光功率密度约为103105 W/cm2时，可对铸铁、中碳钢、甚至低碳钢等材料实现激光表面淬火。 淬火层深度一般为0.71.1 mm，淬火层的硬度比通常的淬火高约20%。 激光淬火变形小，也能解决低碳钢表面淬火强化问题。 图7-13是激光表面淬火处理的应用例。 激光表面强化处理的应用实例，(5)激光标识和雕刻的传统标识被酸腐蚀，不仅有污染，而且还有一些工序，很费工夫。 激光刻印没有污垢，而且刻印不易磨损。 现在在汽车行业和半导体工业中普及。 激光刻印分为两种方式： Nd:YAG激光刻印