激光加工技術(shù)

29四月2024

激光加工技術(shù)3.激光表面改性技術(shù)2.激光焊接1.激光打孔和切割4.激光清洗技術(shù)

29四月2024

激光打孔

在元件上開個小孔是件很常見的事。但是，如果要求在堅硬的材料上，比如在硬質(zhì)合金上打大量0.1毫米到幾微米直徑的小孔，用普通的機(jī)械加工工具怕是不容易辦到，即使能夠做，加工成本也會很高?，F(xiàn)有的機(jī)械加工技術(shù)在材料上打微型小孔是采用每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)或者幾十萬轉(zhuǎn)的高速旋轉(zhuǎn)小鉆頭加工的，用這個辦法一般也只能加工孔徑大于0.25毫米的小孔。在今天的工業(yè)生產(chǎn)中往往是要求加工直徑比這還小的孔。比如在電子工業(yè)生產(chǎn)中，多層印刷電路板的生產(chǎn)，就要求在板上鉆成千上萬個直徑約為0.1～0.3毫米的小孔。顯然，采用剛才說的鉆頭來加工，遇到的困難就比較大，加工質(zhì)量不容易保證，加工成本不低。早在本世紀(jì)60年代后，科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室就用激光在鋼質(zhì)刀片上打出微小孔，經(jīng)過近30年的改進(jìn)和發(fā)展，如今用激光在材料上打微小直徑的小孔已無困難，而且加工質(zhì)量好。打出的小孔孔壁規(guī)整，沒有什么毛刺。打孔速度又很快，大約千分之一秒的時間就可以打出一個孔。激光打孔的特點(diǎn)1、激光打孔速度快，效率高，經(jīng)濟(jì)效益好。

利用功率密度為107~109W/cm2的高能激光束對材料進(jìn)行瞬間作用，作用時間只有10-3~10-5s，因此打孔速度快。例1：用機(jī)械方法在金剛石拉絲模上一個孔（深1.25mm）需24h，用紅寶石激光打孔只需6~9min，而用YAG激光打孔只需2s。

例2：

用機(jī)械方法在鐘表寶石軸承上打孔（孔徑為0.3mm），每秒鐘只能打0.2個孔；用紅寶石激光打孔，每秒鐘可以打出10~14個孔。例3：化纖噴絲頭用難熔硬質(zhì)合金制成，在直徑10cm的噴絲頭上需打出一萬多個直徑為幾十微米的小孔；用機(jī)械鉆孔需要四、五個熟練工人加工一星期；改用激光打孔只需一個人操作，兩個小時即可完成。例4、用釹玻璃激光打孔機(jī)加工柴油機(jī)噴油嘴，與電火花相比，工效提高14倍。

由于激光打孔速度快、效率高、易于實(shí)現(xiàn)計算機(jī)程序控制，因此大大降低了打孔加工工時。

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激光打孔的特點(diǎn)2、激光打孔可獲得大的深徑比。在小孔加工中，深徑比是衡量小孔加工難度的一個重要指標(biāo)。一般情況下，機(jī)械鉆孔和電火花打孔所獲得的深徑比值不超過10。使用增設(shè)腔內(nèi)光闌、增加Q開關(guān)或調(diào)整導(dǎo)光系統(tǒng)參數(shù)的方法，來改變打孔光束質(zhì)量時，很容易獲得高質(zhì)量、大深徑比的小孔。例1：用帶Q開關(guān)的連續(xù)YAG激光器在鎳基高溫耐腐蝕合金的高熔點(diǎn)金屬上打2~10um的小孔，其深徑比為250:1。例2：在淬火模具鋼上，用YAG激光打出直徑為0.6mm、深度為17mm的孔，其深徑比為28:1。例3：在碳鋼上，通過對導(dǎo)光系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，在厚度為16.2mm時，打出孔徑為0.25mm的小孔，其深徑比為65:1。

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激光打孔的特點(diǎn)3、激光打孔可在硬、脆、軟等各類材料上進(jìn)行。難加工材料具有高強(qiáng)度、高硬度、低熱導(dǎo)率、加工已硬化、化學(xué)親和力強(qiáng)等性質(zhì)，因此在切削加工中阻力大、溫度高、工具壽命短，表面粗糙度差、切斜面上打孔等因素使打孔的難度更大。而用激光在這些難加工的材料上打孔，以上問題都可以解決。特別是在彈性材料上，由于彈性材料易變形，很難用一般方法打孔。例1：在嬰兒奶瓶的奶嘴上打孔，由于在打孔過程中奶嘴材料易變形，使得孔徑不規(guī)則，所以打孔比較困難?？捎梅止馐鲗蝹€激光脈沖分成三部分，用光學(xué)系統(tǒng)聚焦，同時打出兩個通氣孔和一個食奶孔。例2：用鋁掩膜和同軸噴氣方法能使二氧化碳激光在塑料和薄橡膠片上打大量的小孔；例3：激光可以加工氣溶膠塑料噴嘴小孔；在尼龍鈕扣上打孔可以避免用機(jī)械方法打孔時產(chǎn)生的碎屑，還能夠消除使縫紉線割斷的棱角等。

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激光打孔的特點(diǎn)4、激光打孔無工具損耗激光打孔為無接觸加工，避免了機(jī)械鉆打微孔時易斷鉆頭的問題。5、激光打孔適合于數(shù)量多、高密度的群孔加工。

激光打孔機(jī)可以和自動控制系統(tǒng)及微機(jī)配合，實(shí)現(xiàn)光、機(jī)電一體化，使得激光打孔過程準(zhǔn)確無誤的重復(fù)成千上萬次。例1：食品、制藥行業(yè)使用的過濾片厚度為1~3mm，材料為不銹鋼，孔徑為0.3~0.8mm，密度為10~100孔/cm2。例2：為了達(dá)到節(jié)油40%的目的，要在飛機(jī)機(jī)翼上打出5萬個直徑為0.064mm的孔。在飛機(jī)的防冰系統(tǒng)中用激光加工出34.5萬多個小孔。在一臺推力為一萬公斤以上的現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)的渦輪葉片及火焰筒等零件上加工出7~10萬個冷卻小孔。若采用氣膜和發(fā)散冷卻技術(shù)，小孔數(shù)量可達(dá)50萬個。這些大數(shù)量的孔非激光打孔莫屬。

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激光打孔的特點(diǎn)6、用激光可在難加工材料斜面上加工小孔

傾斜面上的小孔加工的主要問題是鉆頭入鉆困難，鉆頭切削刃在傾斜平面上單刃切削，兩邊受力不均，產(chǎn)生打滑難以入鉆，甚至產(chǎn)生鉆頭折斷。而激光特別適合于加工與工件表面成6o~9o角的小孔。

另外，由于激光打孔過程與工件不接觸，加工出來的工件清潔，沒污染。而且激光加工時間短，對被加工的材料氧化、變形、熱影響區(qū)域均較小，不需要特別保護(hù)。激光不僅能對置于空氣中的工件打孔，而且也能對置于真空中或其他條件下的工件進(jìn)行打孔。

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激光打孔原理：加工頭將激光束聚焦在材料上需加工孔的位置，適當(dāng)選擇各加工參數(shù)，激光器發(fā)出光脈沖就可以加工出需要的孔。

激光打孔的原理

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激光打孔的過程由激光加熱開始聚焦的高能光束照射到被加工材料表面材料獲取能量材料表面溫度達(dá)到104℃以上高溫當(dāng)溫度升到略低于材料的蒸發(fā)溫度時激光對材料的破壞開始固態(tài)金屬發(fā)生相變出現(xiàn)液相氣相熱能繼續(xù)增加金屬蒸氣以較高的壓力從液相底部噴出（通常所看到的火花濺射）完成打孔過程在飛濺物中有80%是液相物質(zhì)，它被高壓金屬蒸氣從孔內(nèi)排出。液相物質(zhì)的濺出也可能是液相物質(zhì)的沸騰造成。沸騰的原因是激光能量使液相物質(zhì)過熱。

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以激光脈沖為例分析激光打孔的過程把激光脈沖寬度分為5個小段“1”段為前緣“2”，“3”，“4”段為穩(wěn)定輸出階段“5”段為尾緣當(dāng)“1”進(jìn)入材料后，材料開始被加熱，由于材料的表面反射，加熱比較緩慢，熱向內(nèi)部傳導(dǎo)，造成大區(qū)域的材料升溫，相變以熔化為主，相變區(qū)面積大而深度淺。當(dāng)“2”進(jìn)入材料后，因材料相變吸收率增大，加熱劇烈，熔融區(qū)面積縮小而深度增加，孔徑開始收斂，蒸氣開始出現(xiàn)。當(dāng)“3”“4”段進(jìn)入材料后，打孔過程相對穩(wěn)定，材料的汽化比例劇增至最大程度，蒸氣帶著液相材料飛濺，行程孔的圓柱段。當(dāng)“5”段進(jìn)入材料后，材料的加熱已臨近終止，汽化及熔化趨于結(jié)束，從而形成了孔的尖銳的錐形孔底。激光打孔過程

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物質(zhì)的蒸發(fā)和熔化是促使激光在材料上成孔的兩個基本過程。增大孔深主要靠蒸發(fā)增大直徑靠孔壁熔化和剩余蒸氣壓力排出液體當(dāng)激光作用于金屬時，所形成的等離子體對激光的吸收在激光密度大于等于108~109W/cm2時開始起明顯作用，這個數(shù)值作為激光打孔所需密度范圍的上限。下限由激光脈沖在終了的瞬間開始形成凹坑的激光密度來確定，大致相當(dāng)于金屬開始破壞的閾值密度。

以激光脈沖為例分析激光打孔的過程

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1）功率密度要求106~109W/cm2的脈沖激光2）孔深最大氣化深度Eo是激光輸入能量Tb是激光開始作用時材料的表面溫度To是常溫時材料的表面溫度Lm，Lv分別為材料的熔化與氣化潛熱（激光打孔宜采用高功率密度的脈沖激光打孔）

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3）打孔質(zhì)量的影響因素（脈寬和聚焦位置）怎樣用好激光“鉆頭”？A、脈沖能量一定時：脈寬增加，功率密度下降，融熔了的材料沒有辦法充分汽化，卻把在它附近的材料加熱，使熔化層增厚，結(jié)果，被打出來的小孔在形狀大小上就不那么規(guī)整。如果使用的是高重復(fù)率激光器輸出的光脈沖，這時每個光脈沖平均的能量并不很高，但由于光脈沖的寬度窄，功率水平卻不低。于是每個激光脈沖在材料上形成的融熔體不多，主要是發(fā)生汽化。由于使小孔附近的材料加熱時融熔體很少，因而也就不出現(xiàn)在用單脈沖打孔時出現(xiàn)的事。打出的小孔形狀和大小就規(guī)整得多了。B、焦點(diǎn)位置的選擇：對于比較厚的材料，激光束焦點(diǎn)位置應(yīng)位于工件的內(nèi)部，如果材料比較薄，激光束焦點(diǎn)需放在工件表面的上方。這樣的安排會讓打出來的小孔上下大小基本上一致，不出現(xiàn)“桶狀”的小孔。

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離焦量對打孔質(zhì)量的影響在激光打孔中，材料上表面與聚焦透鏡焦點(diǎn)之間的距離成為離焦量。激光打孔中離焦量對打孔的影響激光打孔的分類1、復(fù)制法激光束以一定的形狀及精度重復(fù)照射到工件固定的一點(diǎn)上，在和輻射傳播方向垂直的方向上，沒有光束和工件的相對位移。復(fù)制法一般采用多脈沖法特點(diǎn)：可使工件上能量的橫向擴(kuò)散減至

最小，有助于控制孔的大小和形狀

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激光打孔的分類2、輪廓迂回法加工表面形狀由激光束和被加工工件相對位移的軌跡決定。激光器可在脈沖狀態(tài)下或連續(xù)狀態(tài)下工作。用脈沖方式時，由于孔以一定的位移量連續(xù)地彼此迭加，從而形成一個連續(xù)的輪廓。采用輪廓加工，可把孔擴(kuò)大（a）和切割（b）。

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陶瓷·Φ0.5mm孔·激光打孔激光打孔的應(yīng)用

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葉片是噴氣渦輪發(fā)動機(jī)的重要部件之一。工作狀態(tài)下，該部件在高溫燃?xì)庵懈咚傩D(zhuǎn)。為提高葉片的耐高溫性能，人們正在積極研制一種新型葉片，該葉片具有特殊的中空結(jié)構(gòu)，并在表面用激光打孔工藝制作了一系列與中空部分貫通的小孔。工作時向葉片中空部分不斷灌入冷氣，經(jīng)小孔泄出后在葉片表面形成冷氣保護(hù)膜。這樣葉片雖處于高溫燃?xì)庵校浔旧頊囟认鄬Χ圆⒉缓芨?。顯然，這種設(shè)計極大地改善了葉片的耐高溫性能，有益于延長葉片的使用壽命。葉片·Φ0.5mm小孔·激光打孔

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過濾板·82萬個Φ0.7mm孔(3mm厚不銹鋼板)國家電力公司《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》第11.3.1.1及11.3.1.2條發(fā)電機(jī)內(nèi)冷水系統(tǒng)濾網(wǎng)需要將鋼絲、銅絲濾網(wǎng)等更換為激光打孔的不銹鋼板新型水過濾器濾網(wǎng)，防止濾網(wǎng)破碎進(jìn)入發(fā)電機(jī)線圈。采用了高強(qiáng)度激光打出的微孔不銹鋼網(wǎng)板，可阻擋雜質(zhì)及顆粒進(jìn)入發(fā)電機(jī)線棒，防止雜質(zhì)堆積造成線棒阻塞的事故發(fā)生。

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治療冠心病的最后一招心肌激光打孔

心肌激光打孔術(shù)的“靈感”源于鱷魚、蛇等兩棲類動物。早在1933年就有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)兩棲類動物的心外膜冠脈系統(tǒng)不發(fā)達(dá)，心肌呈海綿狀，內(nèi)有大量的管狀腔隙及竇狀隙與心腔相通。兩棲類動物的心肌血供并非來自冠脈系統(tǒng)，而是左室腔內(nèi)的氧飽和血通過心肌內(nèi)腔隙直接灌注到心肌。1965年醫(yī)生們試著采用針頭穿刺心肌產(chǎn)生心肌內(nèi)孔道以達(dá)到心肌血運(yùn)重建的目的。80年代以后，應(yīng)用激光進(jìn)行心肌血運(yùn)重建獲得成功。激光心肌血管重建手術(shù)分為兩類：一是心外膜法，即開胸式，是從心外膜向心腔內(nèi)打孔，直至將心肌打穿形成隧道。另一種是心內(nèi)膜法，它是將激光通過光導(dǎo)纖維從股動脈進(jìn)入左心室，從左心室心內(nèi)膜向外打孔形成隧道，但不需要打穿心肌。它可以做到創(chuàng)傷很小，在心內(nèi)科即可操作。

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激光打孔主要應(yīng)用在航空航天、汽車制造、電子儀表、化工等行業(yè)。激光打孔的迅速發(fā)展，主要體現(xiàn)在打孔用YAG激光器的平均輸出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。國內(nèi)目前比較成熟的激光打孔的應(yīng)用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產(chǎn)及鐘表和儀表的寶石軸承、飛機(jī)葉片、多層印刷線路板等行業(yè)的生產(chǎn)中。

目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器為主，也有一些準(zhǔn)分子激光器、同位素激光器和半導(dǎo)體泵浦激光器。

A、金剛石拉絲模的激光打孔激光加工金剛石模具，不僅能節(jié)省許多昂貴的鉆石粉，而且與常規(guī)的機(jī)械超聲加工法相比，提高了加工效率。用機(jī)械鉆孔機(jī)打通一個20點(diǎn)的金剛石需要24小時，而用激光僅需10分。

單脈沖激光打孔的孔深小于1mm，對應(yīng)的孔徑為0.005~0.4mm；

多脈沖激光打孔的孔深可達(dá)3mm，最大孔徑可達(dá)1mm。

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B、脈沖YAG激光打精密孔

例如用脈沖YAG激光能在厚度為1mm的珍珠寶石上打出16個直徑為0.2mm的高精度系列孔，加工精度為±0.03mm，孔間隔為0.01mm，加工速率為每分鐘打一個孔。

用脈沖YAG激光對0.005mm厚的鈦和鉬薄箔進(jìn)行打孔，孔徑可達(dá)0.02mm；用脈沖YAG激光對0.07mm厚的氧化鋁陶瓷材料打孔，孔徑為0.15mm，打孔精度為±

0.2mm。C、脈沖CO2激光打孔

像鋼鐵之類的金屬材料對YAG波長激光吸收率較高，故宜采用YAG激光打孔。但是，陶瓷、玻璃和塑料之類的非金屬材料對CO2激光具有較高的吸收率。因此對這類非金屬材料適合采用脈沖CO2激光打孔。

此外普通香煙過濾嘴上的小孔、噴霧器閥門上的小孔，也在采用激光加工。噴霧器罐和瓶子頸部都有一個用來控制壓縮物質(zhì)（比如除臭劑、油料或者其他液體）的流量，閥門使用的性能就由噴霧器上這只小孔來決定了。這只小孔的直徑為10微米到40微米，用其他機(jī)械加工方法不那么好做，用激光來加工，能保證質(zhì)量，每小時還可以打4萬個小孔呢！

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激光打孔應(yīng)用展望（1）激光打孔將朝著高速度、高效率方向發(fā)展。例：某些航空零件要求有上百萬個精密孔，使用普通的單脈沖打孔和低重復(fù)頻率的多脈沖打孔，其打孔速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。解決的方法：1、讓工件在光束下自旋轉(zhuǎn)，并使激光脈沖的頻率與工件旋轉(zhuǎn)同步。激光器發(fā)射第一個脈沖到工件上形成一個孔，利用第一個脈沖與下一個脈沖到來之前的間隙，使工件旋轉(zhuǎn)到下一個孔位，再發(fā)射第二個脈沖。由此延續(xù)下去，當(dāng)?shù)谝粋€孔回到光束下方原來的位置時，再發(fā)射脈沖到第一個孔上，此時第一個孔體的等離子體已排出干凈，使打孔過程順利進(jìn)行。這種打孔速度可達(dá)到65~100孔/s，且孔的質(zhì)量高。特殊限制：工件必須容許旋轉(zhuǎn)加工。2、在YAG激光器中采用兩組振蕩放大器，通過改進(jìn)電源，可以使激光器輸出50kW峰值功率，此時可以在5mm厚的不銹鋼板上每秒鐘加工直徑為0.8mm的孔500個，而且孔的精度高、質(zhì)量好、速度快。

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（2）激光打孔的深度不斷增加長期以來激光打孔深度一直在幾十個毫米范圍內(nèi)，使得激光打孔的優(yōu)勢在某些領(lǐng)域不能充分發(fā)揮。主要原因是脈沖激光在窄脈寬狀態(tài)下的脈沖功率太低。目前國內(nèi)可進(jìn)行厚15~22mm的深孔激光加工，國外某公司用大功率激光打孔，打孔速度為4個/s，其打孔深度為19.05mm。用Nd:YAG激光在9.4mm厚的不銹鋼上僅用4s即可打出一個直徑1.27mm的孔。用大功率激光器在厚75mm金屬上進(jìn)行激光打孔，充分顯示激光在打深孔方面的新的優(yōu)勢和能力。隨著激光器的發(fā)展和對打孔工藝的深入研究，打孔深度逐漸增加，這將滿足模具制造業(yè)和高壓力噴嘴生產(chǎn)中對深孔的需求。

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激光打孔應(yīng)用展望

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激光打孔應(yīng)用展望（3）用激光加工微米級小孔一般激光打孔在對激光器不加調(diào)制的情況下，打孔的孔徑在0.2~0.4mm范圍內(nèi)。大于0.4mm的孔可以通過工件與激光束的相對運(yùn)動實(shí)現(xiàn)（即輪廓迂回法）。對于孔徑小于0.2mm至幾微米的孔，必須通過特殊的手段對激光束進(jìn)行限模或調(diào)制實(shí)現(xiàn)。通過腔內(nèi)增設(shè)光闌和縮短透鏡焦距等方法獲得孔徑為25~39um和6~23um的小孔。國外有利用窄聚焦光束進(jìn)行30um高精度孔的激光加工。用連續(xù)波亞離子激光器在厚度為200*10-10m的鍺膜上打出直徑為1um的小孔。使用精密YAG激光加工裝置加工陶瓷薄板和金屬箔，在厚度為1mm的氮化硅板上打出直徑為0.2mm的小孔。在0.05mm后的陶瓷薄膜上加工直徑為0.02mm的小孔。（4）激光打孔材料多樣化激光可在很多材料上打孔，如金屬材料的碳鋼、非金屬材料中的紅寶石、人造金剛石、天然金剛石、玻璃、橡膠、陶瓷等。（5）激光打孔的質(zhì)量不斷提高

由于激光打孔屬于熱燒灼加工，孔的尺寸精度收到影響，孔壁粗糙度一般在Ra=12.5um左右。打孔過程中噴射的熔融狀金屬氧化物使孔板的上、下表面發(fā)黑、粗糙，由于光束的發(fā)散角等原因造成了孔的錐度。這些質(zhì)量問題無疑影響激光打孔的應(yīng)用。

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激光打孔應(yīng)用展望

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2、激光切割1）激光切割工作原理

激光切割是利用聚焦的高功率密度激光束照射工件，在超過激光閾值的激光功率密度的前提下，激光束的能量以及活性氣體輔助切割過程所附加的化學(xué)反應(yīng)熱能全部被材料吸收，由此引起激光作用點(diǎn)的溫度急劇上升，達(dá)到沸點(diǎn)后材料開始?xì)饣?，并形成孔洞，隨著光束與工件的相對運(yùn)動，最終使材料形成切縫，切縫處的熔渣被一定的輔助氣體吹除。

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2）激光切割的特點(diǎn)G、噪聲低，無公害A、切割速度快，熱影響區(qū)小。熱影響層深度0.05--0.1mm，熱畸變形小。F、可在大氣中或任意氣體環(huán)境中進(jìn)行切

割，不需真空裝置。E、激光束聚焦后功率密度高，能切割各種材料，如高熔點(diǎn)材料、硬脆材料。C、無刀具磨損，沒有接觸能量損耗，也不需更換刀具，易于實(shí)現(xiàn)自動控制。B、切割質(zhì)量好。切口邊緣平滑，無塌邊，無切割殘渣。對輪廓復(fù)雜和小曲率半徑等外形均能達(dá)到微米級精度的切割。割縫窄。一般為0.1--1mm。

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3）激光切割分類※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，適用木材、塑料等?！刍懈?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，適合金屬材料。※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。適用金屬材料。

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聚焦能力與它光束模式有關(guān)。基模(TEM00)，光斑內(nèi)能量呈高斯分布，幾乎可把光束聚焦到理論上最小的尺寸。而高階或多模光束的能量分布較擴(kuò)張，經(jīng)聚焦的光斑較大而能續(xù)密度較低，用它來切割材料猶如一把鈍刀。4)影響激光切割質(zhì)量的因素激光切割質(zhì)量包括：影響激光切割質(zhì)量的因素：割縫入口處輪廓清晰，割縫窄、割縫邊的熱影響層小，無切割粘渣，切割表面光潔等。激光功率、激光振蕩模式、焦點(diǎn)位置、輔助氣體和切割速度等。A、激光功率：激光功率增加、其切割速度和工件的切割厚度增加，但切割效率降低。確定切割速度和切割厚度的主要參數(shù)是激光的功率和材料的性能。B、光束模式

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焦點(diǎn)位置對熔深和熔池形狀的影響很大。這種影響對切割雖不像對焊接那樣大，但無疑影響切割質(zhì)量。圖所示為采用激光切割5mm厚高合金鋼板時的焦點(diǎn)價置與切割縫寬度的關(guān)系曲線。由圖可知；在焦距位置距工件表面1mm處所得到的割縫最窄。透鏡焦長小，光束聚焦后功率密度高，但焦深受到限制。它適用于簿件高速切割，此時應(yīng)使焦距的位置維持恒定不變：長焦透鏡的聚焦光斑功率密度低，但其焦深大，可用來切割厚材料：板材越厚，焦點(diǎn)位置的正常范圍越窄。C、焦點(diǎn)位置

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※與金屬產(chǎn)生放熱化學(xué)反應(yīng)，增加能量強(qiáng)度?！鶑那懈顓^(qū)吹掉熔渣，清潔切縫；※冷卻切縫鄰近區(qū)域，減小熱影響尺寸；※保護(hù)聚焦透鏡，防止燃燒產(chǎn)物沾污光學(xué)鏡片。D、輔助氣體和噴嘴輔助氣體的作用是：噴嘴的設(shè)計原則※噴嘴孔尺寸必須容許光束順利通過，避免孔內(nèi)光束與噴嘴接觸?！鶉娮靽姵龅妮o助氣流必須能使去除切縫內(nèi)熔融物和加強(qiáng)切割作用有效耦合。氣流量與噴嘴尺寸關(guān)系

29四月2024

E、切割速度:在一定功率條件下，板厚越大，切割速度越小。切割速度對切口表面粗糙度也有較大影響。激光切割對氣流的基本要求是進(jìn)入切口的氣流量要大，速度要高，以便有充足的氧氣使切口材料充分進(jìn)行放熱反應(yīng)，并有足夠的動量將熔融材料噴射帶出。而這些都與氣流作用在工件表面的滯止壓力有關(guān)，可稱之為切割壓力。為了得到高的切割速度和切口質(zhì)量，切割壓力應(yīng)該大。當(dāng)Pn/Pa=3，噴出超音速氣流

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5)金屬材料激光切割A(yù)、激光器：快軸流CO2激光器B、切割參數(shù)：

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C、影響激光切割質(zhì)量的因素：激光切縫表面的切縫寬度和熱影響區(qū)均隨激光切速的增加而減小，并在切縫下表面切縫的寬度和熱影響區(qū)最小。

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切縫寬度和熱影響區(qū)與激光切速關(guān)系。

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焦點(diǎn)位置對切口粗糙度的影響

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噴嘴的形狀和大小及吹氧壓力對激光切割質(zhì)量有較大影響

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吹氣壓力與切割速度關(guān)系

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幾種切割方式的比較

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6）非金屬激光切割A(yù)、激光器：CWCO2激光器，不超過500w的中等激光功率。B、所需的激光功率：Q材料蒸發(fā)所需的能量（KJ/cm3）W切縫寬（cm）L板厚（cm）V切割速度（cm/s）

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對于非金屬材料，Q值可以小于0.4kJ·cm-3，而對于玻璃類材料，Q值高于100kJ·cm-3。

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到目前為止，激光可用來切割木材、紙張、布匹、塑料、橡膠、復(fù)合材料、玻璃及陶瓷等非金屑材料。例如用激光切割木材可大大減少噪聲。用激光切割紙張，切速高達(dá)15m/s。激光用于切割航空行業(yè)中的復(fù)合材料也越來越普遍。激光裁剪布料，不僅可省料15％，且裁紋質(zhì)量好，裁剪后的布料無毛邊?；w衣料的激光裁剪不需要收邊，可以省去拷邊工序。用計算機(jī)控制的激光切割機(jī)，可將所有衣服的祥式與尺寸存儲到磁盤上，按一下控制健就可以得到所需的布料。例如休斯公司開發(fā)的激光裁剪機(jī)，裁剪速度達(dá)61m/min，每小時激光可裁剪40~50套服裝。目前美、英服裝公司均采用激光裁剪機(jī)裁剪布料。非金屬材料的激光切割應(yīng)用前景光束參數(shù)對切割質(zhì)量的影響1、模式和功率激光器的主要性能特征在于影響照射到工件表面功率密度的光束特征。（1）模式激光束斷面能量分布成為模式，用TEM表示，意指橫截面上的電磁能分布。它直接與光束的聚焦能力有關(guān)，相當(dāng)于機(jī)械切割刀具的尖銳度。最低階?；蚧Ｒ訲EM00表示，其斷面光束能量分布近似于高斯曲線分布。高階?；蚨嗄９馐鴶嗝嫣卣魇悄芰繌闹行南蛲鈹U(kuò)散，導(dǎo)致較大光斑尺寸和能量集中程序較低，與相同功率輸入的低階模激光束比，猶如一把鈍的切割工具，這種模式的激光器較適于厚板焊接與熱處理。

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①高斯模（TEM00）--斷面光束能量達(dá)到高斯分布，它可以密集地聚焦獲得集中的最高能量，這種模式典型的出現(xiàn)在千瓦以下的激光器。②低階模（TEM01）--接近高斯模并具有它的多數(shù)優(yōu)點(diǎn)，典型地出現(xiàn)在1~2kW中功率激光器。③多?！唠A模的混合，均勻地分布能量，適于厚板焊接與熱處理，出現(xiàn)在大于等于3kW的高功率激光器。（2）輸出功率

極光切割時一個熱過程，激光束產(chǎn)生的熱量與激光器的容積有關(guān)，提高功率可增加切割速度或能切割較厚斷面的材料。（3）穩(wěn)定性切割質(zhì)量要靠應(yīng)用始終一致的光束能量和質(zhì)量來保證，所以激光輸出的穩(wěn)定性是切割的一大關(guān)鍵因素，包括保持不波動的能量、一致的光束質(zhì)量和光路準(zhǔn)直穩(wěn)定性。

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光束參數(shù)對切割質(zhì)量的影響2、激光束的偏振

在切割金屬和陶瓷時明顯表現(xiàn)出切邊質(zhì)量不一致，如切縫、切邊粗糙度、垂直度的變化，就是偏振效應(yīng)引起的，它能不可預(yù)測地影響到瞬間耦合到材料的光束質(zhì)量的吸收程度。切割方向與光束偏振相平行時，切割縫窄、切邊平直。當(dāng)切割方向從偏振面移開，就會導(dǎo)致能量吸收的遞減。切割速度越慢，切口越寬，切邊粗糙度并與材料表面不垂直。當(dāng)切割方向與偏振面垂直時，切邊不再傾斜，切割速度越慢，切口越寬，切割質(zhì)量越粗糙。

現(xiàn)代激光切割系統(tǒng)已配備一種光學(xué)鏡片，以獲得等量耦合消除不均一性，即圓偏振鏡。

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光束參數(shù)對切割質(zhì)量的影響3、激光束的聚焦

利用激光束的熱量進(jìn)行切割，必須把激光器射出的原始光束經(jīng)過透鏡聚焦，才能形成高能量密度。通常推薦硒化鋅作為透鏡材料，兩面鍍防反射膜。焦點(diǎn)處功率密度最高。透鏡焦距大，聚焦光斑大，功率密度相對較低，但焦深大，操作容許度也大，反之，透鏡焦距短，光斑小，功率密度高，但焦深也小。4、脈沖波光束

用連續(xù)波激光束切割工件角部，由于切割機(jī)床運(yùn)作需要，機(jī)床先減速后增速通過角區(qū)，使角周圍堆積起來的熱量無法及時散去，引起角部切割區(qū)材料過燒，影響切割質(zhì)量。當(dāng)切割角區(qū)時可使用同步脈沖波，及時調(diào)節(jié)功率以與角區(qū)切割速度變化適應(yīng)。當(dāng)角區(qū)切割完成再度在直線方向運(yùn)行時，激光束將回復(fù)到連續(xù)波切割。使用同步脈沖波激光束，明顯改善了工件角區(qū)切割質(zhì)量。

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光束參數(shù)對切割質(zhì)量的影響

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過量光照引起病理效應(yīng)一覽表3、激光加工安全問題

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1）激光對眼睛的危害對紅外和遠(yuǎn)紅外眼是不透明的，這種輻射所造成的損傷部位又回到了角膜關(guān)于光譜的這一部分損傷數(shù)據(jù)來于二氧化碳激光器，其損傷在本質(zhì)上是熱過程。對于強(qiáng)光輻射，人體最易受傷的是眼。至于眼何處受傷則決定于光波波長。紫外線：能為角膜等物質(zhì)中的各種核酸和蛋白質(zhì)所吸收，受到這種射線的照射，將引起角膜炎。引起最厲害角膜炎的光波波長是0.208微米（角膜的敏感峰）?？梢姽夂徒t外：最易受傷的部位是視網(wǎng)膜。原因是角膜、晶狀體等既對它們是透明的，又對它們有焦聚作用。這種光絕大部分能達(dá)到眼底，并為色素上皮層和脈絡(luò)膜所吸收。紅外線和遠(yuǎn)紅外線：損傷部位是角膜。

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2）激光對皮膚的危害激光輻射對眼的損傷，特別是對視網(wǎng)膜的損傷，也有可能是不可逆的，一般皮膚受傷比眼睛易于恢復(fù)。顯然，皮膚損傷居于次要地位。然而，在激光加工中使用脈沖激光能量密度接近幾焦?fàn)柮科椒嚼迕讜r，或者連續(xù)激光功率達(dá)到每平方厘米0.5瓦時，皮膚就可能遭受嚴(yán)重?fù)p傷。皮膚可分為兩層，最外面的是表皮，內(nèi)面的是真皮。表皮沒有血管，但含有一些神經(jīng)。位于表皮下層的黑色素確定了皮膚的顏色。黑色素粒越多，皮膚的顏色就越黑．表皮中含有汗膿、血管、淋巴管、神經(jīng)、發(fā)脂腺和脂肪細(xì)胞等。皮膚含有水，至少在遇到黑色素粒之前，對大多數(shù)類型的激光是透明的．黑色素粒是皮膚中主要的吸光體．黑色素粒對可見光、近紫外線和紅外線的光譜反射比有明顯的差異，人體皮膚顏色對反射比也有很大的影響．極白膚色的人反射比較高，吸收輻射能量較少，反之，黑色皮膚吸收能量較多，更易受傷。

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3）有害氣體危害由激光切割、激光打孔及激光焊接產(chǎn)生的反應(yīng)物及汽化的加工材料，可能使大氣污染，其濃度可能高到危及人員的健康。其中可能包括產(chǎn)生的氧化鐵、氧化銅和氧化鋅等金屬氧化物煙霧，鉛、汞、鎳和鉭等金屬煙霧和塵埃；激光器泄漏的激光工作物質(zhì)如溴氣、氯氣、氰化氫、碘、硒化合物、一氧化碳和二氧化碳等，閃光燈產(chǎn)生的臭氧。4）電氣危害使用激光設(shè)備時所發(fā)生的電擊死亡事故，很可能比激光束照射所造成的死亡事故更多。根據(jù)報道，在美國已經(jīng)發(fā)生數(shù)起因?yàn)檫M(jìn)行與激光有關(guān)的工作而觸電死亡的事故。大多數(shù)激光設(shè)備使用高電壓(＞1kv)，具有電擊危險。脈沖激光設(shè)備的電容器貯有能量時特別危險，我們了解到，國內(nèi)、外都曾經(jīng)發(fā)生過高壓電容器造成電擊危害。當(dāng)電容器放電通過人體并超過50J時，就有可能損傷心臟。

29四月2024

激光打標(biāo)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展前景概述：激光打標(biāo)是在激光焊接、激光熱處理、激光切割、激光打孔等應(yīng)用技術(shù)之后發(fā)展起來的一門新型加工技術(shù)，是一種非接觸、無污染、無磨損的新標(biāo)記工藝。近年來，隨著激光器的可靠性和實(shí)用性的提高，加上計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和光學(xué)器件的改進(jìn)，促進(jìn)了激光打標(biāo)技術(shù)的發(fā)展。激光打標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)：

(1)標(biāo)記速度快，字跡清晰、永久。

(2)非接觸式加工，污染小，無磨損。

(3)操作方便，防偽功能強(qiáng)。

(4)可以做到高速自動化運(yùn)行，生產(chǎn)成本低。激光打標(biāo)原理：是利用高能量密度的激光束對目標(biāo)作用,使目標(biāo)表面發(fā)生物理或化學(xué)的變化,從而獲得可見圖案的標(biāo)記方式。高能量的激光束聚焦在材料表面上，使材料迅速汽化，形成凹坑。隨著激光束在材料表面有規(guī)律地移動同時控制激光的開斷，激光束也就在材料表面加工成了一個指定的圖案。

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國內(nèi)激光打標(biāo)的發(fā)展歷程激光打標(biāo)設(shè)備的核心是激光打標(biāo)控制系統(tǒng)。從1995年到2003年短短的8年時間，控制系統(tǒng)在激光打標(biāo)領(lǐng)域就經(jīng)歷了大幅面時代、轉(zhuǎn)鏡時代和振鏡時代，控制方式也完成了從軟件直接控制到上下位機(jī)控制到實(shí)時處理、分時復(fù)用的一系列演變，如今，半導(dǎo)體激光器、光纖激光器、乃至紫外激光的出現(xiàn)和發(fā)展又對光學(xué)過程控制提出了新的挑戰(zhàn)。國內(nèi)激光打標(biāo)的市場現(xiàn)狀生產(chǎn)銷售的企業(yè)有30多家，主要分布在武漢、北京、深圳、南京和廣州等地激光標(biāo)刻系統(tǒng)的銷售額：YAG激光器

2001年為1.9億元，占當(dāng)年激光加工銷售總額的32.7%

2002年為2.48億元，占當(dāng)年激光加工銷售總額的33.5%

2003年為3.33億元，占當(dāng)年激光加工銷售總額的34.0%。

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目前：激光打標(biāo)使用的Nd：YAG激光器多是以氪燈或氙燈來泵浦的，泵浦效率很低，激光器的總效率只能達(dá)到2％～5％，這種激光打標(biāo)機(jī)都配有龐大的冷卻系統(tǒng)，其體積可占整個系統(tǒng)體積的40％。將來：半導(dǎo)體激光泵浦的固體激光器，總體轉(zhuǎn)換效率可達(dá)20％以上，大大縮小激光器冷卻系統(tǒng)的體積，這為激光打標(biāo)機(jī)向輕型化、小型化方向發(fā)展創(chuàng)造了條件；

大功率光纖激光器，其散熱性能好、轉(zhuǎn)換效率高（是半導(dǎo)體激光泵浦的固體激光器的2倍以上）、激光閾值低、可調(diào)諧范圍寬、光束質(zhì)量好、免維護(hù)和價格低廉、制作靈活等顯著優(yōu)勢，更加促進(jìn)了激光打標(biāo)向輕型化、小型化方向發(fā)展。國際上一些發(fā)達(dá)國家已將該技術(shù)作為工業(yè)加工的工藝標(biāo)準(zhǔn)，我國也非常重視這一技術(shù)，國家科委已將該技術(shù)列為“八五火炬計劃”進(jìn)行研制和推廣。激光打標(biāo)具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的市場前景。激光打標(biāo)的發(fā)展趨勢

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焊接技術(shù)發(fā)明至今已有百余年歷史，現(xiàn)在全世界所有大工業(yè)的產(chǎn)業(yè)，像航天航空、造船、通訊、家用電器、大型電站、冶金、微電子、武器裝備及核能工業(yè)中產(chǎn)品的生產(chǎn)制造都離不開焊接技術(shù)，焊接是其最主要的工藝。焊接熱源：已非常豐富，如火焰、電弧、電阻、超聲、摩擦、等離子、電子束、激光束、微波等等。焊接的基本原理：就是采用施加外部能量的辦法，促使分離材料的原子接近，形成原子鍵的結(jié)合。在這個同時，又能去除掉一切阻礙原子鍵結(jié)合的一切表面膜和吸附層，以形成一個優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。焊接是一個安全要求非常高的一種先進(jìn)工藝。如果焊接質(zhì)量要出現(xiàn)問題，所造成的危害是毀滅性的。----四川重慶的綦虹橋，突然斷裂，是焊接質(zhì)量問題----韓國的漢江大橋突然斷裂，也是焊接質(zhì)量問題。現(xiàn)代焊接技術(shù)簡介

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發(fā)達(dá)國家，它每年鋼產(chǎn)量的50％到60％需要進(jìn)行焊接加工。中國2001年，鋼產(chǎn)量達(dá)到1.3億噸，在這個1.3億噸生產(chǎn)出來的鋼材中，據(jù)初步統(tǒng)計，四千萬噸需要焊接，因此焊接已經(jīng)成為一門獨(dú)立的學(xué)科，一項(xiàng)高科技，同時又是一個非常重要的產(chǎn)業(yè)。激光焊是最近這些年發(fā)展起來的一種高能量的焊接方法，它是用激光來加熱，所以它可以穿透透明介質(zhì)，能夠焊到透明介質(zhì)容器的里邊去，這是其他焊接方法難以做到的，這種方法也被利用到醫(yī)學(xué)里邊，比方視網(wǎng)膜脫落，視網(wǎng)膜是在眼球的后面，視網(wǎng)膜脫落以后眼睛就會失明，現(xiàn)在就用激光的辦法，透過眼球焊到眼球后面，把這個視網(wǎng)膜和眼球焊起來，這個已經(jīng)是很成功的手術(shù)了。第二個它的優(yōu)點(diǎn)是不需要真空保護(hù)，因此，現(xiàn)在得到了非常廣泛的應(yīng)用。

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3、激光焊接技術(shù)概述激光焊接是以高功率聚焦激光束為熱源，熔化材料形成焊接接頭的高精度高效率焊接方法。激光焊接的應(yīng)用始于1964年，但早期僅限于用小功率脈沖固體激光器進(jìn)行薄小零件的焊接。70年代以來，隨著千瓦級大功率CO2激光器的出現(xiàn)，激光深熔焊得到了迅速的發(fā)展。激光焊接的厚度已從零點(diǎn)幾毫米提高到50mm，已應(yīng)用于汽車、鋼鐵、航空、原子能、電氣電子等重要工l部門。目前在世界各國激光加工的應(yīng)用領(lǐng)域中，激光焊接的應(yīng)用僅次于激光切割，約占20.9％。

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⑤激光焊接可在大氣中進(jìn)行，無環(huán)境污染。2）激光焊接與常規(guī)焊接方法相比具有如下特點(diǎn)：①激光功率密度高，可以對高熔點(diǎn)、難熔金屑或兩種不同金屑材料進(jìn)行焊接(對鎢絲進(jìn)行有效焊接)。②聚焦光斑小，加熱速度快，作用時間短，熱影響區(qū)小，熱變形可忽略。③脈沖激光焊接屬于非接觸焊接，無機(jī)械應(yīng)力和機(jī)械形變。④激光焊接裝置容易與計算機(jī)聯(lián)機(jī)，能精確定位，實(shí)現(xiàn)自動焊接，而且激光可通過玻璃在真空中焊接。1）激光焊接基本模式：熱導(dǎo)焊和深熔焊。熱導(dǎo)焊：激光功率密度較低（105～106W／cm2），依靠熱傳導(dǎo)向工件內(nèi)部傳遞熱量形成熔池。這種焊接模式熔深淺，深寬比較小。深熔焊：激光功率密度高（106～107W／cm2），工件迅速熔化乃至氣化形成小孔。這種焊接模式熔深大，深寬比也大。在機(jī)械制造領(lǐng)域，除了那些微薄零件之外，一般應(yīng)選用深熔焊。

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4、脈沖激光焊接（熱傳導(dǎo)焊接）1）常用脈沖激光器：Nd：YAG激光器調(diào)QYAG激光器脈沖CO2激光器2）焊接接頭形式：對接焊、搭接焊、交叉焊和平行焊3）影響焊接質(zhì)量的工藝參數(shù)：功率密度、脈沖寬度、脈沖波型和離焦量

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一、激光功率密度對焊接質(zhì)量影響激光功率密度是激光焊接的一個關(guān)鍵參數(shù)，激光功率密度不同時材料達(dá)到熔點(diǎn)和沸點(diǎn)的時間不同。兩種功率密度下金屬表層及底層的溫度與時間的關(guān)系。

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材料達(dá)到熔化所需的激光功率密度：材料達(dá)到沸點(diǎn)所需的激光功率密度：臨界激光功率密度：當(dāng)材料表面出現(xiàn)強(qiáng)烈氣化時，材料加熱過程中將出現(xiàn)兩種波向材料內(nèi)部傳播，即熱波和氣化波。當(dāng)激光功率密度較低時，熱波的速度高于氣化速度，當(dāng)達(dá)到某—臨界功率密度時，這兩種波的速度相等，可得氣化時的臨界激光功率密度：對多數(shù)材料：

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金屬熱導(dǎo)率K熱擴(kuò)散率kTmTv脈寬tp

W/cm2·℃cm2/s℃℃sCu3.891.121083230010-3鋼0.510.151535270010-3Ni0.670.241453273010-3Ti0.150.061800320010-3W1.690.653380590010-3Mo1.410.552600480010-3Cr0.700.221830220010-3Al2.090.87660206210-3金屬熱學(xué)參量

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說明：激光功率密度需根據(jù)材料本身的特性及焊接技術(shù)要求來選取。在薄板(板厚為0.01-0.10mm)焊接中，激光功率密度范圍為Fm＜F＜Fc在厚板(板厚大于〉0.50mm)焊接中，激光功率密度范圍為Fm＜F＜Fv金屬熱擴(kuò)散率脈寬臨界功率密度

（J/cm3）(cm2/s)（ms）(W/cm2)Cu42.88×1031.1210-31.4×106鋼54.76×1030.1510-36.2×106Ni55.3×1030.2410-37.5×106Ti44.27×1030.0610-33.4×106W95.43×1030.6510-32.4×106Mo69.05×1030.5510-31.6×106Cr54.17×1030.2210-38.4×106Al28.09×1030.8710-38.6×106

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二、脈沖波形對焊接質(zhì)量影響分析：激光脈沖開始作用時反射率高；當(dāng)材料表面溫度升至熔點(diǎn)時，反射率迅速下降；表面處于熔化狀態(tài)時，反射率穩(wěn)定于某一值；當(dāng)表面溫度繼續(xù)上升到沸點(diǎn)時，反射率又一次下降。曲線1為銅的反射率變化曲線2為鋼的反射率變化激光脈沖波形在激光焊接中是一個重要問題，尤其對于薄片焊接更為重要。當(dāng)高強(qiáng)度激光束射至材料表面，金屬表面將會有60~98%的激光能量反射而損失掉，且反射率隨表面溫度變化。在一個激光脈沖作用期間內(nèi)，金屬反射率的變化很大。

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利用帶有前置尖峰的激光波形，在開始出現(xiàn)的尖峰，迅速改變金屬表面狀況，使其溫度上升至熔點(diǎn)，從而在脈沖時刻到來時，表面反射率較低，使光脈沖的能量利用率大大提高。解決方法：適用范圍：大多數(shù)金屬的脈沖焊接注意：這種脈沖波型在高重復(fù)率縫焊時不宜采用。因?yàn)橹貜?fù)率很高時，重疊區(qū)可能仍處于熔融狀態(tài)。若使用這種波形，初期尖峰可使表面出現(xiàn)高速氣化，伴隨著劇烈的體積膨脹，金屬蒸氣以超聲速向外擴(kuò)張，給工件很大的反沖力，使金屑產(chǎn)生飛濺，在熔斑中形成不規(guī)則的孔洞。這在氣密性要求高的縫焊中尤其要避免，故縫焊中宜采用矩形波或緩衰減波形。

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三、脈沖寬度對焊接質(zhì)量影響激光脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一，它是決定材料是否熔化的重要參數(shù)。為了保證激光焊接過程中材料表面不出現(xiàn)強(qiáng)烈氣化，一般假定在脈沖終止時材料表面溫度達(dá)到沸點(diǎn)。1）最大熔深與脈寬關(guān)系設(shè)脈沖終止時材料表面溫度達(dá)到沸點(diǎn)，即脈沖寬度tp等于氣化時間。此時的激光功率密度：最大熔深：由氣化時間

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最大熔深：對于鋁材料：熔點(diǎn)660℃，沸點(diǎn)2450℃，k=1.03cm2/s。采用脈寬tp=1ms的激光，熔深不到0.1mm。結(jié)論：①最大的熔深正比于脈寬的平方根，脈寬越長，熔深越深。②熔點(diǎn)、沸點(diǎn)相差較大的金屬，如鉬、鉑、鎢等，則熔深較深。③熱擴(kuò)散率越大的金屬，如金、銅、銀等，熔深越深。

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四、離焦量對焊接質(zhì)量影響激光焊接通常需要一定的離焦量，因?yàn)榧す饨裹c(diǎn)處光斑中心的功率密度過高，容易蒸發(fā)成孔。離開激光焦點(diǎn)的各平面上，功率密度分布相對均勻。離焦方式有兩種：正離焦與負(fù)離焦。焦平面位于工件上方為正離焦，反之為負(fù)離焦。按幾何光學(xué)理論，當(dāng)正負(fù)離焦量相等時，所對應(yīng)平面上功率密度近似相同，但實(shí)際上所獲得的熔池形狀不同。負(fù)離焦時，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，激光加熱50~200us材料開始熔化，形成液相金屬并出現(xiàn)汽化，形成蒸汽，并以極高的速度噴射，發(fā)出耀眼的白光。與此同時，高濃度汽體使液相金屬運(yùn)動至熔池邊緣，在熔池中心形成凹陷。當(dāng)負(fù)離焦時，材料內(nèi)部功率密度比表面還高，易形成更強(qiáng)的熔化、汽化，使光能向材料更深處傳遞。所以在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)要求熔深較大時，采用負(fù)離焦；焊接薄材料時，宜用正離焦。

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