工程材料的激光加工

工程資料的激光加工資料學(xué)院資料成型及控制工程系2021秋冬學(xué)期主要內(nèi)容一、激光加工技術(shù)簡介及開展情況二、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、實驗本卷須知七、實驗報告要求12/28/20232工程資料的激光加工一、激光加工技術(shù)簡介及開展情況1、激光技術(shù)開展簡史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、外表處置等激光加工技術(shù)的研討與開發(fā)。12/28/20233工程資料的激光加工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、武漢團結(jié)12/28/20234工程資料的激光加工3、激光加工特點〔1〕激光加工不需求工具，無工具損耗、改換等問題〔2〕工件無受力變形，易保證加工精度〔3〕幾乎能加工一切的金屬和非金屬資料〔4〕加工速度快，效率高，熱影響區(qū)小〔5〕能進展精細加工〔6〕可以透過惰性氣體、空氣或透明介質(zhì)等進展加工12/28/20235工程資料的激光加工各種加工方法的運用比例激光加工技術(shù)運用12/28/20236工程資料的激光加工激光加工技術(shù)在汽車中的運用前往12/28/20237工程資料的激光加工二、實驗?zāi)康暮鸵?、了解工程資料激光加工的根本原理和工藝過程；2、了解激光加工設(shè)備的根本組成；3、經(jīng)過詳細的板料激光加工〔切割、焊接等〕，使學(xué)生了解根本概念，工藝特點，以及在工業(yè)消費中的詳細運用。前往12/28/20238工程資料的激光加工激光加工是一種利用光能進展加工的方法。激光是一種能量密度高、方向性強、單色性好的相關(guān)光。三、實驗原理12/28/20239工程資料的激光加工經(jīng)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107~1011W/cm2，溫度可高達1萬℃，從而使任何資料均在瞬時〔＜10－3s〕被急劇熔化乃至汽化。在不同的功率密度等條件下，資料外表區(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、構(gòu)成小孔等。熔化的金屬在維護氣體作用下結(jié)晶凝固構(gòu)成焊縫；汽化后的金屬蒸氣在輔助氣體的吹力作用下而分開被加工外表構(gòu)成割縫或孔洞。假設(shè)加工過程中參與一定的粉末資料，使其和被加工工件外表部分資料熔合在一同，就可以得到高性能的熔覆層。12/28/202310工程資料的激光加工激光切割激光焊接激光外表處置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12/28/202311工程資料的激光加工〔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105~107W/cm2。如將焦點調(diào)理到焊件結(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。12/28/202312工程資料的激光加工熱導(dǎo)焊接深熔焊接熱導(dǎo)焊焊縫深熔焊焊縫12/28/202313工程資料的激光加工金屬資料的激光焊接12/28/202314工程資料的激光加工激光焊接運用舉例12/28/202315工程資料的激光加工首飾焊接樣品手機殼體焊接12/28/202316工程資料的激光加工〔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〕激光束延續(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)反響熱能均被資料吸收，引起照射點資料溫度急劇上升，到達沸點后資料開場汽化，并構(gòu)成孔洞，且光束與工件相對挪動，使資料構(gòu)成切縫，切縫處熔渣被一定壓力的輔助氣體吹除。12/28/202317工程資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：氧等活性氣體替代熔化切割的惰性氣體控制斷裂切割：易受熱破壞的脆性資料12/28/202318工程資料的激光加工激光切割運用舉例12/28/202319工程資料的激光加工12/28/202320工程資料的激光加工木皮切割大功率切割大功率切割12/28/202321工程資料的激光加工〔3〕激光外表處置當(dāng)激光能量密度在103～105W/cm2左右時，對工件外表進展掃描，在極短的時間內(nèi)加熱到相變溫度〔由掃描速度決議時間長短〕，工件表層由于熱量迅速向內(nèi)傳導(dǎo)快速冷卻，實現(xiàn)了工件表層資料的相變硬化〔激光淬火〕。12/28/202322工程資料的激光加工激光熔覆利用大功率高能量激光束聚集能量極高的特點，瞬間將被加工件外表微熔，同時使零件外表預(yù)置或與激光束同步自動送置的合金粉末完全熔化。激光束掃描后快速凝固，獲得與基體冶金結(jié)合的致密覆層，恢復(fù)幾何尺寸和外表強化等特點。12/28/202323工程資料的激光加工

齒輪損傷形狀修復(fù)后齒輪部分

軸修復(fù)前形狀激光熔覆過程中12/28/202324工程資料的激光加工激光外表合金化、激光沖擊硬化、激光上釉12/28/202325工程資料的激光加工〔4〕激光打孔、打標(biāo)激光打孔主要用于特殊資料或特殊工件上的孔加工，如儀表中的寶石軸承、陶瓷、玻璃、金剛石拉絲模等非金屬資料和硬質(zhì)合金、不銹鋼等金屬資料的細微孔的加工。陶瓷基片激光打孔12/28/202326工程資料的激光加工激光打標(biāo)是利用高能量密度的激光對工件進展部分照射，使表層資料汽化或發(fā)生顏色變化的化學(xué)反響，從而留下永久性標(biāo)志的一種打標(biāo)方法。12/28/202327工程資料的激光加工資料: 不銹鋼資料: 壓鑄鋁12/28/202328工程資料的激光加工資料: 塑料復(fù)合資料資料: 彩色塑料12/28/202329工程資料的激光加工木梳紐扣手表飲料蓋牛仔衣12/28/202330工程資料的激光加工

水晶內(nèi)雕前往12/28/202331工程資料的激光加工四、激光加工設(shè)備激光器是激光加工設(shè)備的中心，它能把電能轉(zhuǎn)換成激光束輸出。激光器的組成：泵浦源、激活介質(zhì)、光學(xué)諧振腔激光器有固體、氣體和半導(dǎo)體三大類。12/28/202332工程資料的激光加工CO2氣體激光器橫流式軸流式分散冷卻Nd:YAG固體激光器燈泵浦二極管泵浦半導(dǎo)體激光器

12/28/202333工程資料的激光加工橫流CO2激光器系統(tǒng)1.激光束2.切向排風(fēng)機

3.氣流方向4.熱交換器

5.后鏡6.折疊鏡

7.高頻電極

8.輸出鏡

9.輸出窗口

12/28/202334工程資料的激光加工軸流式CO2激光器系統(tǒng)12/28/202335工程資料的激光加工板條式分散冷卻CO2激光器系統(tǒng)12/28/202336工程資料的激光加工8kW橫流CO2激光器20kW射頻鼓勵軸流式激光器2.5kW板條式CO2激光器12/28/202337工程資料的激光加工激光器類型：橫流軸流分散冷卻輸出功率等級：3~45kW1.5~20kW0.2~3.5kW脈沖才干：DCDC-1kHzDC-5kHz光束方式：TEM02以上TEM00-TEM01TEM00-TEM01光束傳播系數(shù)(K)0.150.40.8氣體耗費：小大極小電-光轉(zhuǎn)換效率：15%15%30%焊接效果：較好好優(yōu)良切割效果：差好優(yōu)良相變硬化：好普通普通外表涂層：好普通普通外表熔覆：好普通普通12/28/202338工程資料的激光加工燈泵浦Nd:YAG激光器12/28/202339工程資料的激光加工二極管泵浦YAG激光器12/28/202340工程資料的激光加工激光加工系統(tǒng)的構(gòu)成激光器CNC控制系統(tǒng)CNC控制任務(wù)臺循環(huán)水冷系統(tǒng)氣體供應(yīng)系統(tǒng)光束傳輸及聚焦激光器控制器12/28/202341工程資料的激光加工激光加工成套設(shè)備前往12/28/202342工程資料的激光加工五、實驗內(nèi)容與步驟1、了解激光加工的根本原理并熟習(xí)激光加工設(shè)備的根本構(gòu)造及其根本操作；2、資料預(yù)備；3、激光加工實驗；由于時間的限制，每次結(jié)合實驗室的其它義務(wù)選擇焊接、切割或熔覆中的一種工藝進展實驗演示。4、檢查加工件質(zhì)量并進展問題分析。前往12/28/202343工程資料的激光加工(1)未經(jīng)指點教師答應(yīng)，嚴禁開動接通設(shè)備電源，觸動控制按鈕；(2)操作人員須戴防護眼鏡，嚴禁眼睛對激光口觀看，以免損傷眼睛；(3)激光器內(nèi)有高壓，維護操作時須小心謹慎，勿觸高壓；(4)CO2激光器控制柜內(nèi)有高壓電源，嚴禁在啟動激光的條件下翻開(5)請勿用手直接取放、觸摸壓鑄制品，小心燙傷；(6)在激光切割加工前，必需檢查水、氣管路能