先進(jìn)制造技術(shù)特種加工系列激光加工

先進(jìn)制造技術(shù)特種加工系列激光加工第1頁/共86頁目錄一.激光加工的原理和特點(diǎn)二.激光加工的基本設(shè)備三.激光加工工藝及應(yīng)用第2頁/共86頁一.激光加工（LaserBeamMachiningLBM）的原理和特點(diǎn)激光是20世紀(jì)以來，繼原子能、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體之后，人類的又一重大發(fā)明，被稱為“最快的刀”、“最準(zhǔn)的尺”、“最亮的光”和“奇異的激光”。它的亮度為太陽光的100億倍。它的原理早在1916年已被著名的物理學(xué)家愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，但要直到1958年激光才被首次成功制造。Laser（LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation

）

第3頁/共86頁一.激光加工（LBM）的原理和特點(diǎn)

1.激光產(chǎn)生的原理（1）光的物理概念及原子的發(fā)光過程光是一種人類眼睛可以見的電磁波（可見光譜）。在科學(xué)上的定義，光有時(shí)候是指所有的電磁波譜。光是由一種稱為光子的基本粒子組成。具有粒子性與波動(dòng)性，或稱為波粒二象性。第4頁/共86頁一.激光加工（LBM）的原理和特點(diǎn)

1.激光產(chǎn)生的原理（1）光的物理概念及原子的發(fā)光過程根據(jù)光的電磁學(xué)說：

第5頁/共86頁一.激光加工（LBM）的原理和特點(diǎn)

1.激光產(chǎn)生的原理（1）光的物理概念及原子的發(fā)光過程根據(jù)光的量子學(xué)說，光是一種具有一定能量的，以光速運(yùn)動(dòng)的粒子流，光子能量與光子的頻率成正比：其中：E為光子能量

h為普克朗常數(shù)

V為光子的頻率第6頁/共86頁一.激光加工（LBM）的原理和特點(diǎn)

1.激光產(chǎn)生的原理（1）光的物理概念及原子的發(fā)光過程原子發(fā)光過程：原子內(nèi)能=電子動(dòng)能+電子的位能

基態(tài)，激發(fā)態(tài)（高能態(tài)）；躍遷；亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)原子核－原子結(jié)構(gòu)第7頁/共86頁一.激光加工（LBM）的原理和特點(diǎn)物質(zhì)與光相互作用的規(guī)律

受激吸收（簡(jiǎn)稱吸收）

自發(fā)輻射受激輻射、激光

1.激光產(chǎn)生的原理第8頁/共86頁原子核－原子核－激勵(lì)激勵(lì)狀態(tài)

當(dāng)原子獲得高能量時(shí)其結(jié)構(gòu)處于不穩(wěn)定狀態(tài)－還原－光不穩(wěn)定的原子放出激光后，還原到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。放電一.激光加工原理第9頁/共86頁一.激光加工（LBM）的原理和特點(diǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)（2）激光的產(chǎn)生當(dāng)頻率一定的光射入工作物質(zhì)時(shí)，受激輻射和受激吸收兩過程同時(shí)存在，受激輻射使光子數(shù)增加，受激吸收卻使光子數(shù)減小。物質(zhì)處于熱平衡態(tài)時(shí)，粒子在各能級(jí)上的分布，遵循平衡態(tài)下粒子的統(tǒng)計(jì)分布律。按統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，處在較低能級(jí)E1的粒子數(shù)大于處在較高能級(jí)E2的粒子數(shù)。這樣光穿過工作物質(zhì)時(shí)，光的能量只會(huì)減弱不會(huì)加強(qiáng)。這種分布正好與平衡態(tài)時(shí)的粒子分布相反，稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，簡(jiǎn)稱粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。如何從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是產(chǎn)生激光的必要條件。

1.激光產(chǎn)生的原理第10頁/共86頁一.激光加工（LBM）的原理和特點(diǎn)（2）激光的產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)必須具備的條件：

能量的供應(yīng)過程激勵(lì)（光泵）

1.激光產(chǎn)生的原理低能級(jí)的粒子通過比高能級(jí)還要高一些的泵能級(jí)抽運(yùn)到高能級(jí)。一般可以用氣體放電的辦法來利用具有動(dòng)能的電子去激發(fā)激光材料，稱為電激勵(lì)；也可用脈沖光源來照射光學(xué)諧振腔內(nèi)的介質(zhì)原子，稱為光激勵(lì)；為了使激光持續(xù)輸出，必須不斷地“泵”以補(bǔ)充高能級(jí)的粒子向下躍遷的消耗量。

第11頁/共86頁一.激光加工（LBM）的原理和特點(diǎn)（2）激光的產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)必須具備的條件：

工作物質(zhì)內(nèi)必須存在亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)亞穩(wěn)態(tài)不如基態(tài)穩(wěn)定，但比激發(fā)態(tài)穩(wěn)定。He,Ne,Ar,Ru,CO2等具有亞穩(wěn)態(tài)，可實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。

1.激光產(chǎn)生的原理第12頁/共86頁光學(xué)諧振腔使某一方向、某一頻率的輻射不斷得到加強(qiáng)，其它方向、其它頻率的輻射受到抑制的裝置全反射鏡M1部分反射鏡M2激光工作物質(zhì)作用選擇激光的方向選擇激光的頻率激勵(lì)能源1.激光的產(chǎn)生一.激光加工原理第13頁/共86頁激光的產(chǎn)生如圖所示原子核－原子結(jié)構(gòu)放電穩(wěn)定狀態(tài)當(dāng)外加能量為零時(shí)，分子處于穩(wěn)定狀態(tài)。一.激光加工原理第14頁/共86頁原子核－原子核－激勵(lì)激勵(lì)狀態(tài)

當(dāng)原子獲得高能量時(shí)其結(jié)構(gòu)處于不穩(wěn)定狀態(tài)－還原－光不穩(wěn)定的原子放出激光后，還原到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。放電一.激光加工原理第15頁/共86頁C.H.TownesA.M.Prokhorov

N.G.Basov

湯斯1954年在量子電子學(xué)研究中實(shí)現(xiàn)了氨分子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，研制了微波激射器和激光器；普羅霍洛夫和巴索夫1958年幾乎同時(shí)在量子電子學(xué)的基礎(chǔ)研究中，根據(jù)微波激射器和激光器原理研制了振蕩器和放大器。以上工作導(dǎo)致了激光器的發(fā)明。TheNobelPrizeinPhysics1964第16頁/共86頁朱棣文等發(fā)明了用激光冷卻原子的方法，并因此獲得1997年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)TheNobelPrizeinPhysics1997第17頁/共86頁核聚變實(shí)驗(yàn)的六路真空靶室實(shí)驗(yàn)中采用大功率(1014KW)釹玻璃激光器第18頁/共86頁

2.激光的主要特性

1）方向性好---激光的發(fā)散角小。激光器LaserHe--Ne激光經(jīng)緯儀測(cè)月紅寶石激光器=0.031mrad=410-5mradD=1.6km=2~5mrad（毫弧度）(1km時(shí)光斑直徑10m)一.激光加工原理第19頁/共86頁光源太陽1mWHe--Ne激光器大功率激光器SE光源亮度--單位面積、單位時(shí)間在垂直于光源表面的單位立體角內(nèi)發(fā)射的能量。立體角定義：

=S/r2Sr

P=1mW的氦-氖激光器的亮度約是太陽光的100倍

2.激光的主要特性

2）光源亮度大一.激光加工原理第20頁/共86頁可使一切金屬熔化可使一切非金屬化為一縷青煙激光所包含的波長或頻率范圍極小一束普通的紅光頻率范圍：Laser6328埃的He--Ne激光（理論值，實(shí)際幾赫茲）

2.激光的主要特性

3）單色性好一.激光加工原理第21頁/共86頁4）相干性好相干性是指光波場(chǎng)中光振動(dòng)之間的相關(guān)程度。相干性越好則光場(chǎng)中各點(diǎn)光振動(dòng)在頻率、振動(dòng)方向的一致性越好，相位的關(guān)聯(lián)性也越好。相干性越好則光場(chǎng)中任取兩點(diǎn)作光源所產(chǎn)生的干涉和衍射的條紋越清晰。

2.激光的主要特性

一.激光加工原理第22頁/共86頁激光的特性

普通光源

激光光源亮度電燈：約470sb太陽：約1.65X105sb

紅寶石激光器，約1.65X1015sb功率1000MW/cm2方向無確定方向、發(fā)散角大、難會(huì)聚

發(fā)散角小到0.1mrad（近似平行光），光束會(huì)聚其焦點(diǎn)處光斑10um單色性氪燈的光源譜線寬為0.0047?

激光的譜線寬度為10-7?相干性氪燈光源的相干長度78cm激光的相干長度可達(dá)幾十公里第23頁/共86頁

激光加工是一種重的高能束加工方法，它是利用激光高強(qiáng)度、高亮度、方向性好、單色性好的特性，通過一系列的光學(xué)系統(tǒng)聚焦成平行度很高的微細(xì)光束（直徑幾微米至幾十微米），獲得極高的能量密度（108~1010W/cm2）照射到材料上，使材料在極短的時(shí)間內(nèi)（千分之幾秒甚至更短）熔化甚至氣化，以達(dá)到加熱和去除材料的目的。

3.激光加工的基本原理

一.激光加工原理第24頁/共86頁

固體激光器加工簡(jiǎn)圖

1-全反射鏡2-激光工作物質(zhì)3-激勵(lì)能源

4-部分反射鏡5-透鏡6-工件

3.激光加工的基本原理

一.激光加工原理第25頁/共86頁一.激光加工原理全反射鏡工作物質(zhì)部分反射鏡激光束鍍金反射鏡透鏡工件高壓充電源觸發(fā)電路電容光泵激光束第26頁/共86頁

可以認(rèn)為，激光加工是以激光為熱源對(duì)工件材料進(jìn)行熱加工。其加工過程大體分為如下幾個(gè)階段：

激光束照射工件材料、工件材料吸收光能；光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁构ぜ牧蠠o損加熱；工件材料被熔化、蒸發(fā)、氣化并濺出去除；作用結(jié)束與加工區(qū)冷凝。二.激光加工過程激光加工階段第27頁/共86頁激光加工階段—光能吸收及轉(zhuǎn)化

1)光能的吸收及其能量轉(zhuǎn)化激光束照射工件材料表面時(shí)，光的輻射能一部分被反射，一部分被吸收、并對(duì)材料加熱，還有一部分因熱傳導(dǎo)而損失。這幾部分能量消耗的相對(duì)值，取決于激光的特性和激光束持續(xù)照射時(shí)間及反工件材料的性能。二.激光加工過程第28頁/共86頁激光加工階段—光能吸收及轉(zhuǎn)化

1)光能的吸收及其能量轉(zhuǎn)化

激光束加上是—個(gè)高速熔化、氣化的過程，光能傳至工件表面時(shí)，工件材料吸收光能有—個(gè)開始瞬態(tài)過程：開始時(shí)，即使工件表面很粗糙，反射光也都是較高的(尤其是金屬材料)；當(dāng)工件表面材料的溫度逐漸上升，高溫下表面被氧化或成熔融狀態(tài)之后，反射率便逐漸降低．吸收率迅速增加，激光的功率密度愈高，這一過程作用時(shí)間就愈短。此間，光能轉(zhuǎn)換為熱能。二.激光加工過程第29頁/共86頁激光加工階段—工件材料的加熱

2)工件材料的加熱光能轉(zhuǎn)換成熱能的過程就是工件材料的加熱。激光束在很薄(0.01-0.1um)的金屬表層內(nèi)被吸收，使金屬中自由電子的熱運(yùn)動(dòng)能增加，并在與晶格碰撞中的極短時(shí)間內(nèi)(10(^-11)-10(^-10)s)將電子的能量轉(zhuǎn)化為晶格的熱振動(dòng)能，引起工件材料溫度的升高，同時(shí)按熱傳導(dǎo)規(guī)律向周圍或內(nèi)部傳播，改變工件構(gòu)料表面或內(nèi)部各加熱點(diǎn)的溫度。二.激光加工過程第30頁/共86頁激光加工階段—材料熔化氣化及濺出

3)材料熔化氣化及濺出光能被加工表面吸收并轉(zhuǎn)化成熱能，使光斑周圍的的金屬熔化，以至于氣化蒸發(fā)，并形成小凹坑，同時(shí)也開始熱擴(kuò)散，使光斑周圍的金屬溶化。隨著激光能量的繼續(xù)吸收，凹坑中金屬蒸氣迅速膨脹，壓力突然增大，熔融物被爆炸性地高速噴射出來。二.激光加工過程第31頁/共86頁激光加工階段—材料熔化氣化及濺出

3)材料熔化氣化及濺出熔融物高速噴射所產(chǎn)生的反沖擊壓力又在工件內(nèi)部形成一個(gè)方向性很強(qiáng)的沖擊波，使熔化的物質(zhì)爆炸式的噴射去除。

工件材料就是在高溫熔融和沖擊波的同時(shí)作用下，部分物質(zhì)被去除。二.激光加工過程第32頁/共86頁激光加工特點(diǎn)1.適應(yīng)性強(qiáng)；加工精度高；激光束可聚焦成微米級(jí)的光斑，能加工小孔、窄縫，適用于精密微細(xì)加工。加工質(zhì)量好。由于能量密度高，熱作用時(shí)間很短，整個(gè)加工區(qū)幾乎不受熱的影響，工件變形極小，可加工對(duì)熱沖擊敏感的材料。非接觸加工，無機(jī)械加工變形和工具損耗等問題。三.激光加工特點(diǎn)第33頁/共86頁激光加工特點(diǎn)4.加工速度快、效率高。5.容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工。激光束傳輸方便，易于控制，便于與機(jī)器人、自動(dòng)檢測(cè)、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制等先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合。6.通用性強(qiáng)。同一臺(tái)裝置對(duì)工件進(jìn)行切割、打孔、焊接和表面處理等多種加工。三.激光加工特點(diǎn)第34頁/共86頁激光加工特點(diǎn)7.節(jié)能和節(jié)省材料。能量利用率為常規(guī)熱加工的10~1000倍；激光切割可節(jié)省材料15%~30%。8.經(jīng)濟(jì)性好。不需要設(shè)計(jì)與制造工具，裝置簡(jiǎn)單。9.激光可通過光學(xué)透明介質(zhì)對(duì)工件進(jìn)行加工。三.激光加工特點(diǎn)第35頁/共86頁激光加工特點(diǎn)由于激光加工是一種瞬時(shí)、局部的溶化和氣化的熱加工，影響因素較多。微細(xì)加工時(shí)的重復(fù)加工精度和表面粗糙度不易保證。高熱傳導(dǎo)率材料的加工比較困難。對(duì)表面光澤或透明材料，需要預(yù)先進(jìn)行色化和打毛處理。三.激光加工特點(diǎn)第36頁/共86頁激光加工的基本設(shè)備1.激光器

激光器是激光加工的核心設(shè)備，通過激光器可以把電能轉(zhuǎn)化為光能，獲得方向性好、能量密度高、穩(wěn)定的激光束。激光器可分為固體激光器、氣體激光器、液體激光器、半導(dǎo)體激光器以及自由電子激光器等。三.激光加工特點(diǎn)第37頁/共86頁激光加工的基本設(shè)備1.激光器固體激光器：三.激光加工特點(diǎn)固體激光器結(jié)構(gòu)示意圖1—全反射鏡2—工作物質(zhì)3—玻璃套管4—部分反射鏡5—聚光鏡6—氙燈7—電源第38頁/共86頁激光加工的基本設(shè)備1.激光器氣體固體激光器：三.激光加工特點(diǎn)第39頁/共86頁激光加工的基本設(shè)備1.激光器氣體固體激光器：三.激光加工特點(diǎn)He-Ne激光器的工作原理反射鏡反射鏡陽極陰極布儒斯特窗毛細(xì)管工作物質(zhì)：氦氣輔助物質(zhì)：氖氣激勵(lì)方式：直流氣體放電第40頁/共86頁激光加工的基本設(shè)備2.激光器電源根據(jù)加工工藝的要求，為激光器提供所需的能量及控制功能，包括電壓控制、時(shí)間控制及觸發(fā)器等。三.激光加工特點(diǎn)第41頁/共86頁激光加工的基本設(shè)備3.光學(xué)系統(tǒng)激光聚焦系統(tǒng)

（將激光引向聚焦物鏡，并聚焦在加工工件上）

觀察瞄準(zhǔn)系統(tǒng)

（使激光準(zhǔn)確地聚焦在加工位置）三.激光加工特點(diǎn)第42頁/共86頁激光加工的基本設(shè)備4.機(jī)械系統(tǒng)

激光加工系一種微細(xì)精密加工。

考慮傳動(dòng)鏈短，減小傳動(dòng)間隙；保持物鏡的清潔，及時(shí)排除加工產(chǎn)物；有吹風(fēng)和吸氣裝置；三坐標(biāo)移動(dòng)工作臺(tái)。三.激光加工特點(diǎn)第43頁/共86頁激光加工應(yīng)用激光打孔；4.激光打標(biāo)；3.激光切割；2.激光焊接；5.激光熱處理四.激光加工的應(yīng)用第44頁/共86頁激光打孔四.激光加工的應(yīng)用一、激光打孔原理激光打孔機(jī)的基本結(jié)構(gòu)包括激光器、加工頭、冷卻系統(tǒng)、數(shù)控裝置和操作面盤。二、激光打孔工藝參數(shù)的影響※脈沖寬度對(duì)打孔的影響：脈沖寬度對(duì)打孔深度、孔徑、孔形的影響較大。窄脈沖能夠得到較深而且較大的孔；寬脈沖不僅使孔深度、孔徑變小，而且使孔的表面粗糙度變大，尺寸精度下降。激光打孔機(jī)的基本結(jié)構(gòu)示意圖第45頁/共86頁激光打孔四.激光加工的應(yīng)用二、激光打孔工藝參數(shù)的影響※激光打孔中離焦量對(duì)打孔的影響當(dāng)激光聚焦于材料上表面時(shí)，打出的孔比較深，錐度較小。在焦點(diǎn)處于表面下某一位置時(shí)，相同條件下打出的孔最深；而過分的入焦和離焦都會(huì)使得激光功率密度大大降低，以至打成盲孔。

離焦量對(duì)打孔質(zhì)量的影響第46頁/共86頁激光打孔四.激光加工的應(yīng)用二、激光打孔工藝參數(shù)的影響※被加工材料對(duì)打孔的影響※脈沖激光的重復(fù)頻率對(duì)打孔的影響用調(diào)Q方法取得巨脈沖時(shí)，脈沖的平均功率基本不變，脈寬也不變，重復(fù)頻率越高，脈沖的峰值功率越小，單脈沖的能量也越小。這樣打出的孔深度要減小。

材料對(duì)激光的吸收率直接影響到打孔的效率。由于不同材料對(duì)不同激光波長有不同的吸收率，必須根據(jù)所加工的材料性質(zhì)選擇激光器。

第47頁/共86頁激光打孔特點(diǎn)1）可加工精度高、深徑比大的微小孔2）能加工小至幾微米的小孔5）容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，加工效率高3）可加工異型孔4）能在所有金屬和非金屬材料上打孔激光打孔第48頁/共86頁

激光打孔第49頁/共86頁

激光打孔大功率電子管柵極鉬厚300微米，直徑300微米航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉形孔不銹鋼厚1mm，孔100微米第50頁/共86頁激光焊接

四.激光加工的應(yīng)用一、激光焊接是一種材料連接，主要是金屬材料之間連接的技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)：1）用激光很容易對(duì)一些普通焊接技術(shù)難以加工的如脆性大、硬度高或柔軟性強(qiáng)的材料實(shí)施焊接。

2）在激光焊接過程中無機(jī)械接觸,易保證焊接部位不因熱壓縮而發(fā)生變形

3）激光束易于控制的特點(diǎn)使得焊接工作能夠更方便的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化。

二、圖為一種顯象管陰極芯的激光焊接設(shè)備原理。陰極芯的激光焊接設(shè)備原理圖

1:光束分束器；2:聚焦透鏡；3：陰極芯第51頁/共86頁激光焊接四.激光加工的應(yīng)用三、激光熱導(dǎo)焊1）激光熱導(dǎo)焊的原理2）激光熱導(dǎo)焊的工藝以及部分參數(shù)熱導(dǎo)焊時(shí)，激光輻射能量作用于材料表面，激光輻射能在表面轉(zhuǎn)化為熱量。表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，使材料熔化，在兩材料連接區(qū)的部分形成溶池。溶池隨著激光束一道向前運(yùn)動(dòng)，溶池中的熔融金屬并不會(huì)向前運(yùn)動(dòng)。※激光熱導(dǎo)焊的連接形式：片狀工件的焊接形式有對(duì)焊、端焊、中心穿透熔化焊※激光功率密度：激光功率密度低則熔深淺、焊接速度慢。見圖圖

激光熱導(dǎo)焊焊接不銹鋼時(shí)功率與焊接速度、熔化深度的關(guān)系第52頁/共86頁激光焊接

四.激光加工的應(yīng)用三、激光熱導(dǎo)焊2）激光熱導(dǎo)焊的工藝以及部分參數(shù)※脈沖激光熱導(dǎo)焊的脈沖寬度：脈沖寬度影響到焊接熔深，熱影響區(qū)的寬度等焊接的質(zhì)量要求。脈寬時(shí)間長，焊接熔深熱影響區(qū)都大，反之則小。因此，要根據(jù)激光功率的大小，要求的焊接熔深和熱影響區(qū)的寬度大小來適當(dāng)選擇脈沖寬度?！x焦量對(duì)焊接質(zhì)量的影響：因?yàn)榻裹c(diǎn)處激光光斑中心的光功率密度過高，激光熱導(dǎo)焊通常需要一定的離焦量，使得光功率分布相對(duì)均勻。

正離焦：焦平面位于工件上方；負(fù)離焦：焦平面位于工件下方

※脈沖激光熱導(dǎo)焊的脈沖波形：脈沖波形對(duì)于焊接質(zhì)量也有很大的影響第53頁/共86頁激光焊接

四.激光加工的應(yīng)用四、激光深熔焊1）激光深熔焊的原理2）激光深熔焊工藝參數(shù)當(dāng)激光功率密度達(dá)到106—107W／cm2時(shí)，功率輸入遠(yuǎn)大于熱傳導(dǎo)、對(duì)流及輻射散熱的速率，材料表面發(fā)生汽化而形成小孔（圖），孔內(nèi)金屬蒸汽壓力與四周液體的靜力和表面張力形成動(dòng)態(tài)平衡，激光可以通過孔中直射到孔底?！R界功率密度：深熔焊時(shí)，功率密度必須大于某一數(shù)值，才能引起小孔效應(yīng)。這一數(shù)值，稱為臨界功率密度深熔焊小孔示意圖※

激光深熔焊的熔深：激光深熔焊熔深與激光輸出功率密度密切相關(guān)，也是功率和光斑直徑的函數(shù)。

第54頁/共86頁激光焊接

四.激光加工的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：沒有焊渣，不需去除工件氧化膜，可實(shí)現(xiàn)不同材料之間的焊接，特別適宜微型機(jī)械和精密焊接。五、激光焊的優(yōu)點(diǎn)第55頁/共86頁激光焊接

四.激光加工的應(yīng)用第56頁/共86頁激光焊接

第57頁/共86頁激光焊接

盒體鋁合金厚3mm鍋爐用鋼管厚7mm汽車齒輪（16MnCr5）紙漿過濾器不銹鋼第58頁/共86頁激光焊接特性1）激光照射時(shí)間短，焊接過程極為迅速2）具有熔化凈化效應(yīng)，能純凈焊縫金屬5）能以簡(jiǎn)單的措施實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)，更適用于復(fù)雜零件焊接3）能量密度高，對(duì)高熔點(diǎn)、高導(dǎo)熱率材料焊接有利4）可透過透明體焊接，防止雜質(zhì)污染和腐蝕激光焊接

第59頁/共86頁激光切割

四.激光加工的應(yīng)用一、激光切割的原理與特點(diǎn)1、切割過程中激光光束聚焦成很小的光點(diǎn)（最小直徑可小于0.1mm）使焦點(diǎn)處達(dá)到很高功率密度（可超過106W/cm2）。如圖所示為激光切割頭的結(jié)構(gòu)，除了透鏡以外它還有一個(gè)噴出輔助氣體流的同軸噴嘴。

激光切割頭的結(jié)構(gòu)示意圖第60頁/共86頁激光切割

四.激光加工的應(yīng)用二、激光切割分類及其機(jī)理※激光功率:

激光切割時(shí)所需功率的大小，是由材料性質(zhì)和切割機(jī)理決定的。

三、激光切割的工藝參數(shù)及其規(guī)律※汽化切割:工件在激光作用下快速加熱至沸點(diǎn)，部分材料化作蒸汽逸去，部分材料為噴出物從切割縫底部吹走。這種切割機(jī)制所需激光功率密度一般為108Ｗ/cm2左右，是無熔化材料的切割方式

※熔化切割:激光將工件加熱至熔化狀態(tài)，與光束同軸的氬、氦、氮等輔助氣流將熔化材料從切縫中吹掉。熔化切割所需的激光功率密度一般為107Ｗ/cm2左右※氧助熔化切割:金屬被激光迅速加熱至燃點(diǎn)以上，與氧發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)（即燃燒），放出大量的熱，又加熱下一層金屬，金屬被繼續(xù)氧化，并借助氣體壓力將氧化物從切縫中吹掉。

※切割速度:在一定功率條件下，板厚越大，切割速度越小。切割速度對(duì)切口表面粗糙度也有較大影響。

第61頁/共86頁激光切割

四.激光加工的應(yīng)用※噴嘴：噴嘴是影響激光切割質(zhì)量和效率的—個(gè)重要部件。激光切割一般采用同軸(氣流與光軸同心)噴嘴，噴嘴出口直徑大小應(yīng)依據(jù)板厚加以選擇。另外，噴嘴到工件表面的距離對(duì)切割質(zhì)量也有較大影響，為了保證切割過程穩(wěn)定，這個(gè)距離必須保持不變。三、激光切割的工藝參數(shù)及其規(guī)律※氣體的壓力：在功率和切割材料板厚一定時(shí)，有一最佳切割氣體流量，這時(shí)切割速度最快。隨著激光功率的增加，切割氣體的最佳流量是增大的?！馐谫|(zhì)量、透鏡焦距和離焦量：激光器輸出光束的模式為基橫模時(shí)對(duì)激光切割最為有利。光斑大小與聚焦透鏡的焦距成正比。短焦距的透鏡雖然可以得到較小光斑，但焦深很小。離焦量對(duì)切割速度和切割深度影響較大，切割過程中必須保持不變，一般離焦量選用負(fù)值，即焦點(diǎn)位置置于切割板面下面某一點(diǎn)。第62頁/共86頁激光切割激光切割

四.激光加工的應(yīng)用第63頁/共86頁激光切割

四.激光加工的應(yīng)用不銹鋼厚1mm不銹鋼厚4mm切割陶瓷厚1.7mm色片工裝鋁合金厚度4mm第64頁/共86頁激光切割激光切割四.激光加工的應(yīng)用不銹鋼厚1mm單晶硅厚0.7mm不銹鋼厚4mm第65頁/共86頁激光切割特性1）能切割任何難加工的高熔點(diǎn)材料、耐高溫和硬脆材料2）切割精度高5）切割的深寬比高3）非接觸切割4）切割速度高6）切割質(zhì)量?jī)?yōu)良7）可與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工激光切割

四.激光加工的應(yīng)用第66頁/共86頁激光打標(biāo)

激光標(biāo)記的特色便于對(duì)原材料、半成品、在制品、產(chǎn)品進(jìn)行分類便于使用、防止假冒激光標(biāo)記特點(diǎn)可標(biāo)記條形碼、數(shù)字符號(hào)圖案四.激光加工的應(yīng)用第67頁/共86頁激光加工設(shè)備—激光打標(biāo)機(jī)四.激光加工的應(yīng)用第68頁/共86頁激光打標(biāo)機(jī)加工舉例-工件四.激光加工的應(yīng)用第69頁/共86頁激光打標(biāo)機(jī)加工舉例-工件鋁合金名片四.激光加工