激光加工技術(shù)

1、制作人：丁進(jìn)制作人：丁進(jìn) 152020012 152020012概述概述激光焊接激光焊接 激光打孔激光打孔激光切割激光切割激光加工技術(shù)激光加工技術(shù)3激光加工的一般原理激光加工的一般原理1. 1.激光加工大都基于光對非透明介質(zhì)的熱作用，也即激光加工大都基于光對非透明介質(zhì)的熱作用，也即吸收光能引起的熱效應(yīng)。因此激光光束特性、材料對光吸收光能引起的熱效應(yīng)。因此激光光束特性、材料對光的吸收作用以及導(dǎo)熱性等有重大影響；的吸收作用以及導(dǎo)熱性等有重大影響；1 1）光束特性）光束特性2 2）材料的反射、吸收和導(dǎo)熱性）材料的反射、吸收和導(dǎo)熱性光波照射在不透明的物體表面時，光波照射在不透明的物體表面時， 一部分被

2、反射，一部分被反射，一部分被吸收；不同材料的反射率和波長有密切的關(guān)一部分被吸收；不同材料的反射率和波長有密切的關(guān)系；系；2222)1 ()1 (kkR4KPT0激光正入射，在光點中央的溫度上升值激光正入射，在光點中央的溫度上升值 T T與被吸與被吸收的光功率、導(dǎo)熱系數(shù)之間的關(guān)系收的光功率、導(dǎo)熱系數(shù)之間的關(guān)系設(shè)入射到材料表面的光強(qiáng)為設(shè)入射到材料表面的光強(qiáng)為I I0 0，材料吸收系數(shù)為，材料吸收系數(shù)為 ，則進(jìn)入到材料內(nèi)部距表面距離為，則進(jìn)入到材料內(nèi)部距表面距離為x x處的光強(qiáng)為處的光強(qiáng)為xeII05一、激光焊接是一種材料連接，主要是金屬材料之間一、激光焊接是一種材料連接，主要是金屬材料之間 連接的

3、技術(shù)。連接的技術(shù)。 其優(yōu)點：其優(yōu)點：激光焊接激光焊接1 1）用激光很容易對一些普通焊接技術(shù)難以加工的如）用激光很容易對一些普通焊接技術(shù)難以加工的如脆性大、硬度高或柔軟性強(qiáng)的材料實施焊接。脆性大、硬度高或柔軟性強(qiáng)的材料實施焊接。 2 2）在激光焊接過程中無機(jī)械接觸）在激光焊接過程中無機(jī)械接觸, ,易保證焊接部位不易保證焊接部位不因熱壓縮而發(fā)生變形。因熱壓縮而發(fā)生變形。 3 3）激光束易于控制的特點使得焊接工作能夠更方便）激光束易于控制的特點使得焊接工作能夠更方便的實現(xiàn)自動化和智能化。的實現(xiàn)自動化和智能化。 6二、圖所示為一種顯象管陰極芯的激光焊接設(shè)備原理。二、圖所示為一種顯象管陰極芯的激光焊接設(shè)

4、備原理。 圖圖7-197-19陰極芯的激光焊接設(shè)備原理圖陰極芯的激光焊接設(shè)備原理圖 1: 1:光束分束器；光束分束器；2: 2:聚焦透鏡；聚焦透鏡；3 3：陰極芯：陰極芯7三、激光熱導(dǎo)焊三、激光熱導(dǎo)焊 1 1）激光熱導(dǎo)焊的原理）激光熱導(dǎo)焊的原理熱導(dǎo)焊時，激光輻射能量作用于材料表面，激光輻射能在熱導(dǎo)焊時，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動，溶池中的熔融金屬并不會向前運動。束一道向

5、前運動，溶池中的熔融金屬并不會向前運動。 2 2）激光熱導(dǎo)焊的工藝以及部分參數(shù)）激光熱導(dǎo)焊的工藝以及部分參數(shù) 激光熱導(dǎo)焊的連接形式：片狀工件的焊接形式有對焊、激光熱導(dǎo)焊的連接形式：片狀工件的焊接形式有對焊、端焊、中心穿透熔化焊端焊、中心穿透熔化焊8圖激光熱導(dǎo)焊焊接不銹鋼時功率與焊接速度、圖激光熱導(dǎo)焊焊接不銹鋼時功率與焊接速度、熔化深度的關(guān)系熔化深度的關(guān)系 激光功率密度：激光功率密度低則熔深淺、焊接速度激光功率密度：激光功率密度低則熔深淺、焊接速度慢。見圖慢。見圖92 2）激光熱導(dǎo)焊的工藝以及部分參數(shù)）激光熱導(dǎo)焊的工藝以及部分參數(shù) 離焦量對焊接質(zhì)量的影響：因為焦點處激光光斑離焦量對焊接質(zhì)量的影響

6、：因為焦點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均勻。的離焦量，使得光功率分布相對均勻。 正離焦：焦平面位于工件上方；負(fù)離焦：焦平面正離焦：焦平面位于工件上方；負(fù)離焦：焦平面位于工件下方位于工件下方 脈沖激光熱導(dǎo)焊的脈沖波形：脈沖波形對于焊脈沖激光熱導(dǎo)焊的脈沖波形：脈沖波形對于焊接質(zhì)量也有很大的影響接質(zhì)量也有很大的影響10脈沖激光熱導(dǎo)焊的脈沖寬度：脈沖寬度影響到焊接脈沖激光熱導(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。脈寬時間熔深，熱影響區(qū)的寬度等焊接的質(zhì)量要求。脈寬時間長，焊接

7、熔深熱影響區(qū)都大，反之則小。因此，要根長，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。度大小來適當(dāng)選擇脈沖寬度。 11四、激光深熔焊四、激光深熔焊 1 1）激光深熔焊的原理）激光深熔焊的原理當(dāng)激光功率密度達(dá)到當(dāng)激光功率密度達(dá)到10106 610107 7WWcmcm2 2時，功率輸入遠(yuǎn)大時，功率輸入遠(yuǎn)大于熱傳導(dǎo)、對流及輻射散熱的速率，材料表面發(fā)生汽化于熱傳導(dǎo)、對流及輻射散熱的速率，材料表面發(fā)生汽化而形成小孔孔內(nèi)金屬蒸汽壓力與四周液體的靜力和表面而形成小孔孔內(nèi)金屬蒸汽壓力與四周液體

8、的靜力和表面張力形成動態(tài)平衡，激光可以通過孔中直射到孔底。張力形成動態(tài)平衡，激光可以通過孔中直射到孔底。深熔焊小孔示意圖深熔焊小孔示意圖122 2）激光深熔焊工藝參數(shù)）激光深熔焊工藝參數(shù) 臨界功率密度：深熔焊時，功率密度必須大于臨界功率密度：深熔焊時，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，稱為臨界功率密度界功率密度 。 激光深熔焊的熔深激光深熔焊的熔深 ：激光深熔焊熔深與激光輸：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)。出功率密度密切相關(guān)，也是功率和光斑直徑的函數(shù)。 13一、激光打孔原理一、激光打孔原理 激光

9、打孔機(jī)的基本結(jié)構(gòu)包括激光器、加工頭、冷卻系激光打孔機(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。統(tǒng)、數(shù)控裝置和操作面盤。 激光打孔機(jī)的基本結(jié)構(gòu)示意圖激光打孔機(jī)的基本結(jié)構(gòu)示意圖激光打孔激光打孔14二、激光打孔工藝參數(shù)的影響二、激光打孔工藝參數(shù)的影響 脈沖寬度對打孔的影響脈沖寬度對打孔的影響 脈沖寬度對打孔深度、孔徑、孔形的影響較大。窄脈脈沖寬度對打孔深度、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、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，尺寸精度下孔徑變小，而且使孔的表面粗糙度變大，尺寸精度下降。降。 激光

10、打孔中離焦量對打孔的影響激光打孔中離焦量對打孔的影響15當(dāng)激光聚焦于材料上表面時，打出的孔比較深，錐度較當(dāng)激光聚焦于材料上表面時，打出的孔比較深，錐度較小。在焦點處于表面下某一位置時相同條件下打出的孔小。在焦點處于表面下某一位置時相同條件下打出的孔最深；而過分的入焦和離焦都會使得激光功率密度大大最深；而過分的入焦和離焦都會使得激光功率密度大大降低，以至打成盲孔。降低，以至打成盲孔。 離焦量對打孔質(zhì)量的影響離焦量對打孔質(zhì)量的影響16 被加工材料對打孔的影響被加工材料對打孔的影響 脈沖激光的重復(fù)頻率對打孔的影響脈沖激光的重復(fù)頻率對打孔的影響用調(diào)用調(diào)Q Q方法取得巨脈沖時，脈沖的平均功率基本不變，方

11、法取得巨脈沖時，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，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。單脈沖的能量也越小。這樣打出的孔深度要減小。 材料對激光的吸收率直接影響到打孔的效率。由于不材料對激光的吸收率直接影響到打孔的效率。由于不同材料對不同激光波長有不同的吸收率，必須根據(jù)所同材料對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。加工的材料性質(zhì)選擇激光器。 17一、激光切割的原理一、激光切割的原理切割過程中激光光束聚焦成很小的光點（最小直徑切割過程中激光光束聚焦成很小的光點（最小直徑可小于可小于

12、0.1mm0.1mm）使焦點處達(dá)到很高功率密度（可超過）使焦點處達(dá)到很高功率密度（可超過10106 6W/cmW/cm2 2）。如圖）。如圖7-177-17所示為激光切割頭的結(jié)構(gòu)，除了所示為激光切割頭的結(jié)構(gòu)，除了透鏡以外它還有一個噴出輔助氣體流的同軸噴嘴。透鏡以外它還有一個噴出輔助氣體流的同軸噴嘴。 激光切割頭的結(jié)構(gòu)示意圖激光切割頭的結(jié)構(gòu)示意圖激光切割激光切割18二、激光切割分類及其機(jī)理二、激光切割分類及其機(jī)理 汽化切割汽化切割: :工件在激光作用下快速加熱至沸點，工件在激光作用下快速加熱至沸點，部分材料化作蒸汽逸去，部分材料為噴出物從切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。

13、這種切割機(jī)制所需激光功率密度割縫底部吹走。這種切割機(jī)制所需激光功率密度一般為一般為10108 8/cm/cm2 2左右，是無熔化材料的切割方式左右，是無熔化材料的切割方式 熔化切割熔化切割: : 激光將工件加熱至熔化狀態(tài)，與光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縫中吹掉。熔化切割所需的激光功率密度一般為10107 7/cm/cm2 2左右左右 19 激光功率激光功率: : 激光切割時所需功率的大小，是由材激光切割時所需功率的大小，是由材料性質(zhì)和切割機(jī)理決定的。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)律三、激光切割的工藝參數(shù)及其規(guī)律 切割速度切割速度: : 在一定功率條件下，板厚越大，切割速在一定功率條件下，板厚越大，切割速度越小。切