工程材料的激光加工

工程材料的激光加工材料學(xué)院材料成型及控制工程系2009秋冬學(xué)期5/2/20231工程材料的激光加工主要內(nèi)容一、激光加工技術(shù)簡介及發(fā)展情況二、實驗?zāi)康暮鸵笕嶒炘硭?、實驗設(shè)備五、實驗內(nèi)容與步驟六、實驗注意事項七、實驗報告要求5/2/20232工程材料的激光加工一、激光加工技術(shù)簡介及發(fā)展情況1、激光技術(shù)發(fā)展簡史1960年:梅曼（T.MAIMAN)第一臺紅寶石激光器;1961年:德諾凡(俄)第一臺氣體激光器(He-Ne);1962年:第一臺半導(dǎo)體激光器;1964年:帕特爾(C.Patel)第一臺CO2激光器;1965年:貝爾實驗室第一臺YAG激光器;1971年:第一臺商用1kW的CO2激光器;1971~1980年:開展激光切割、焊接、表面處理等激光加工技術(shù)的研究與開發(fā)。5/2/20233工程材料的激光加工2、工業(yè)激光器的市場分布激光器制造商：美國：PRCPRAMA德國：HAASTRUMPFROFIN-SINAR英國：LUMONICS日本：川崎重工東芝中國：武漢華工激光、武漢金石凱、沈陽大陸、武漢團(tuán)結(jié)5/2/20234工程材料的激光加工3、激光加工特點（1）激光加工不需要工具，無工具損耗、更換等問題（2）工件無受力變形，易保證加工精度（3）幾乎能加工所有的金屬和非金屬材料（4）加工速度快，效率高，熱影響區(qū)?。?）能進(jìn)行精細(xì)加工（6）能夠透過惰性氣體、空氣或透明介質(zhì)等進(jìn)行加工5/2/20235工程材料的激光加工各種加工方法的應(yīng)用比例激光加工技術(shù)應(yīng)用5/2/20236工程材料的激光加工激光加工技術(shù)在汽車中的應(yīng)用返回5/2/20237工程材料的激光加工二、實驗?zāi)康暮鸵?、了解工程材料激光加工的基本原理和工藝過程；2、了解激光加工設(shè)備的基本組成；3、通過具體的板料激光加工（切割、焊接等），使學(xué)生了解基本概念，工藝特點，以及在工業(yè)生產(chǎn)中的具體應(yīng)用。返回5/2/20238工程材料的激光加工激光加工是一種利用光能進(jìn)行加工的方法。激光是一種能量密度高、方向性強(qiáng)、單色性好的相干光。三、實驗原理5/2/20239工程材料的激光加工通過光學(xué)系統(tǒng)將激光束聚焦成尺寸與光波波長相近的極小光斑，焦點處的能量密度可達(dá)107~1011W/cm2，溫度可高達(dá)1萬℃，從而使任何材料均在瞬時（＜10－3s）被急劇熔化乃至汽化。在不同的功率密度等條件下，材料表面區(qū)域發(fā)生各種不同的變化。這種變化包括溫度升高、熔化、汽化、形成小孔等。熔化的金屬在保護(hù)氣體作用下結(jié)晶凝固形成焊縫；汽化后的金屬蒸氣在輔助氣體的吹力作用下而離開被加工表面形成割縫或孔洞。如果加工過程中加入一定的粉末材料，使其和被加工工件表面部分材料熔合在一起，就可以得到高性能的熔覆層。5/2/202310工程材料的激光加工激光切割激光焊接激光表面處理激光雕刻激光打孔激光快速成型各種加工方法的適用范圍5/2/202311工程材料的激光加工（1）激光焊接激光束焊接是以聚集的激光束作為能源的特種熔化焊接方法。激光束經(jīng)聚焦后，能量更為集中，能量密度可達(dá)105~107W/cm2。如將焦點調(diào)節(jié)到焊件結(jié)合處，光能迅速轉(zhuǎn)換成熱能，使金屬瞬間熔化，冷卻凝固后成為焊縫。5/2/202312工程材料的激光加工熱導(dǎo)焊接深熔焊接熱導(dǎo)焊焊縫深熔焊焊縫

5/2/202313工程材料的激光加工金屬材料的激光焊接

5/2/202314工程材料的激光加工激光焊接應(yīng)用舉例5/2/202315工程材料的激光加工首飾焊接樣品手機(jī)殼體焊接5/2/202316工程材料的激光加工（2）激光切割激光切割是利用聚焦以后的高功率密度（105~107W/cm2）激光束連續(xù)照射工件，光束能量以及活性氣體輔助切割過程附加的化學(xué)反應(yīng)熱能均被材料吸收，引起照射點材料溫度急劇上升，到達(dá)沸點后材料開始汽化，并形成孔洞，且光束與工件相對移動，使材料形成切縫，切縫處熔渣被一定壓力的輔助氣體吹除。5/2/202317工程材料的激光加工汽化切割：工件加熱到沸點以上溫度熔化切割：工件加熱到熔點溫度以上氧助熔化切割：氧等活性氣體代替熔化切割的惰性氣體控制斷裂切割：易受熱破壞的脆性材料5/2/202318工程材料的激光加工激光切割應(yīng)用舉例5/2/202319工程材料的激光加工5/2/202320工程材料的激光加工木皮切符割大功率四切割大功率切抱割4/2燭5/2岡02321工程材玻料的激埋光加工（3）激活光表面處顏理當(dāng)激光患能量密窩度在1爺03～105W/cm2左右時蹦，對工眉件表面絨進(jìn)行掃拌描，在曠極短的三時間內(nèi)憂加熱到摩相變溫梯度（由社掃描速患度決定沖時間長遵短），御工件表剖層由于雕熱量迅彈速向內(nèi)她傳導(dǎo)快繼速冷卻狹，實現(xiàn)伙了工件害表層材捆料的相復(fù)變硬化（激光錦淬火）。4/2勝5/2兆02322工程材料狼的激光加俗工激光熔剝覆利用大功詳率高能量唱激光束聚涌集能量極供高的特點廢，瞬間將厲被加工件襯表面微熔勻，同時使柜零件表面道預(yù)置或與拒激光束同畝步自動送雅置的合金旬粉末完全爛熔化。激臭光束掃描帆后快速凝鑒固，獲得劃與基體冶蘋金結(jié)合的碗致密覆層莊，恢復(fù)幾尾何尺寸和悶表面強(qiáng)化旺等特點。4/25雀/202不323工程材料恭的激光加預(yù)工齒輪損拍傷狀態(tài)蝦修夫復(fù)后齒霧輪局部軸修復(fù)前且狀態(tài)崗激曠光熔覆過記程中4/2泳5/2臥02324工程材彼料的激脾光加工激光表面織合金化、鹿激光沖擊物硬化、激銳光上釉4/2捆5/2哄02325工程材騎料的激用光加工（4）激片光打孔、狼打標(biāo)激光打抱孔主要用于創(chuàng)特殊材料紫或特殊工疾件上的孔寄加工，如干儀表中的聰寶石軸承崖、陶瓷、筒玻璃、金嫌剛石拉絲浴模等非金兆屬材料和頓硬質(zhì)合金沫、不銹鋼跪等金屬材市料的細(xì)微溪孔的加工癥。陶瓷基片激光打孔4/2跑5/2壇02326工程材料糖的激光加藏工激光打標(biāo)是利用高燥能量密度乘的激光對數(shù)工件進(jìn)行使局部照射訪，使表層駛材料汽化疼或發(fā)生顏刮色變化的顆化學(xué)反應(yīng)郊，從而留柏下永久性堵標(biāo)記的一結(jié)種打標(biāo)方畝法。4/25儲/202處327工程材某料的激學(xué)光加工材料:鄰不銹孩鋼材料:嶄壓膝鑄鋁4/2情5/2手02328工程材規(guī)料的激禁光加工材料:榨塑料復(fù)抗合材料材料:輝彩瀉色塑料4/25糾/202嶄329工程材料合的激光加魯工木梳紐扣手表飲料蓋牛仔衣4/25燦/202枝330工程材料很的激光加爐工水晶內(nèi)雕返回4/2盼5/2控02331工程材摔料的激仿光加工四、激光鼻加工設(shè)備激光器島是激光萄加工設(shè)晚備的核勵心，它躍能把電公能轉(zhuǎn)換傻成激光擾束輸出許。激光器的闊組成：泵責(zé)浦源、激閱活介質(zhì)、青光學(xué)諧振負(fù)腔激光器罵有固體送、氣體制和半導(dǎo)未體三大論類。4/25熄/202挨332工程材料桶的激光加叔工CO2氣體激光洪器景橫流攤式軸流式擴(kuò)散冷卻Nd:Y鈔AG固體認(rèn)激光器禿燈已泵浦二極管戀泵浦半導(dǎo)體激圈光器4/2唐5/2居02333工程材料吳的激光加肉工橫流CO2激光器槍系統(tǒng)1.激合光束2.蛾切向排絞風(fēng)機(jī)西3.棋氣流方獅向4.熱府交換器慘5.后必鏡6.折白疊鏡

7的.高頻琴電極

8多.輸出槳鏡

9.宏輸出窗頑口4/2才5/2撐02334工程材含料的激設(shè)光加工軸流式C徹O2激光器系稿統(tǒng)4/25排/202頑335工程材料范的激光加發(fā)工板條式擴(kuò)驗散冷卻C腎O2激光器磁系統(tǒng)4/2清5/2遵02336工程材清料的激您光加工8kW陰橫流C透O2激光器20k堡W射頻差激勵軸半流式激慮光器2.5k貼W板條哪式CO2激光器4/25調(diào)/202雅337工程材躍料的激縱光加工激光器拴類型：橫流描軸格流易擴(kuò)散冷左卻輸出功柱率等級較：3~4萌5kW庸1俱.5~管20k佛W鞭0誼.2~秤3.5貸kW脈沖能力回：DC挑DC各-1k充Hz俊DC-驅(qū)5kH向z光束模勝式：TEM0柄2以上弄T致EM00偶-TEM嚷01霸TEM0波0-TE執(zhí)M01光束傳攝播系數(shù)賭(K)0.1旗5李0.塊4消0.綿8氣體消炭耗：小茅大杏極支小電-光肺轉(zhuǎn)換效加率：15床%墓1題5%凱30桶%焊接效晌果：較好幟好享優(yōu)良切割效拌果：差殲好符優(yōu)良相變硬化虹：好梳一般易一般表面涂潮層：好介一般捐一般表面熔舅覆：好程一般押一般4/25叮/202助338工程材伍料的激桶光加工燈泵浦N妖d:YA液G激光器4/2踢5/2遼02339工程材料通的激光加較工二極管泵番浦YAG上激光器4/25她/202據(jù)340工程材料慮的激光加則工激光加工線系統(tǒng)的構(gòu)鏡成激光器CNC控制系掛統(tǒng)CNC控擺制工作臺循環(huán)水竊冷系統(tǒng)氣體供給罩系統(tǒng)光束傳課輸及聚弊焦激光器控制器4/2急5/2戶02341工程材料杰的激光加良工激光加工榨成套設(shè)備返回4/25叮/202敵342工程材材料的激胳光加工五、實搭驗內(nèi)容膏與步驟1、了哨解激光姑加工的衰基本原選理并熟紗悉激光鈴加工設(shè)廁備的基墨本結(jié)構(gòu)舞及其基燃本操作紡；2、材料芝準(zhǔn)備；3、激朽光加工弦實驗；由于時間屢的限制，肚每次結(jié)合謠實驗室的貸其它任務(wù)丘選擇焊接再、切割或表熔覆中的渾一種工藝漢進(jìn)行實驗壓演示。4、檢巖查加工拖件質(zhì)量肢并進(jìn)行狐問題分鋪析。返回4/25極/202離343工程材謠料的激柄光加工(1)翠未經(jīng)指導(dǎo)歡老師許可本，嚴(yán)禁開描動接通設(shè)究備電源，疼觸動控制叢按鈕；(2)蟻操作人員理須戴防護(hù)盜眼鏡，嚴(yán)雞禁眼睛對買激光口觀室看，以免擦傷害眼睛日；(3)配激光器闖內(nèi)有高壓附，維護(hù)操榜作時須小朽心謹(jǐn)慎，女勿觸高壓第；(4)否C源O2激光器控滅制柜內(nèi)有間高壓電源圓，嚴(yán)禁在故啟動激光輛的條件下情打開(5)胞請勿夠用手直回接取放腥、觸摸副壓鑄制桶品，小峽心燙傷錢；(6)影在激光切寬割加工前葵，必須檢壺查水、氣刑管路是否庫暢通，壓湊力是否正壺常。六、實驗混注意事項返回4/2舅5/2助02344工程材料其的激光加冒工七、實洽驗報告眠要求1．實鉆驗名稱惑、實驗強(qiáng)日期、蝴實驗者某及同組奪人員姓秒名；2．實驗國目的；3．實池驗原理