激光原理及應(yīng)用課件第八章

7.1激光熱加工原理1.無論是哪一種激光加工的方法，都要將一定功率激光束聚焦于被加工物體上，使激光與物質(zhì)相互作用。在不同激光參數(shù)下的各種加工的應(yīng)用范圍如圖7-1示圖7-1各種參數(shù)條件下激光加工的可能應(yīng)用和影響7.1激光熱加工原理1.無論是哪一種激光加工的方法，都要將7.1激光熱加工原理1.對激光與材料的相互作用過程的物理描述可以分為以下四個方面：(1)材料對激光的吸收

激光熱加工時首先發(fā)生的是材料對激光能量的吸收。透入材料內(nèi)部的光能主要對材料起加熱作用。

不同材料對不同波長激光吸收率不同。假設(shè)材料表面反射率為R，則吸收率為

當(dāng)激光由空氣垂直入射到平板材料上時，根據(jù)菲涅爾公式，反射率為

(2)材料的加熱設(shè)入射激光束的光功率密度為qi，材料表面吸收的光功率密度為q0，則有

激光從表面入射到材料內(nèi)部深度為處的光強(qiáng)一般將激光在材料內(nèi)的穿透深度定義為光強(qiáng)降至I0/e時的深度，因而穿透深度為1/a

7.1激光熱加工原理1.對激光與材料的相互作用過程的物理描7.1激光熱加工原理(2)材料的加熱為了得到加熱階段的溫度分布，必須求解熱傳導(dǎo)微分方程。對于各向同性的均勻材料，激光加熱的熱傳導(dǎo)偏微分方程的一般形式為

如果光功率的損耗全部變成熱量，則有從理論上講，根據(jù)加工時的各工藝參數(shù)以及初始條件，可以解出加工過程中激光照射區(qū)的溫度場分布。但實(shí)際加工時，各方面的因素使熱傳導(dǎo)方程的求解十分困難

簡化：如果半無限大（即物體厚度無限大）物體表面受到均勻的激光垂直照射加熱，被材料表面吸收的光功率密度不隨時間改變，而且光照時間足夠長，以至被吸收的能量、所產(chǎn)生的溫度、導(dǎo)熱和熱輻射之間達(dá)到動平衡，此時圓形激光光斑中心的溫度可以由下式確定

7.1激光熱加工原理(2)材料的加熱為了得到加熱階段的7.1激光熱加工原理(2)材料的加熱如果光照時間為有限長(s)，考察點(diǎn)離開表面的距離(cm)也不為零，此時圓形激光光斑中心軸線上考察點(diǎn)的溫度為

進(jìn)一步假設(shè)照射激光是高斯光束，且入射到表面上的光束有效半徑為，則激光光斑的功率密度可用離開中心的距離表示為持續(xù)加熱得到的光斑中心的溫度最大值為(2)材料的熔化與汽化激光功率密度過高，材料在表面汽化，不在深層熔化；激光功率密度過低，則能量會擴(kuò)散到較大的體積內(nèi)，使焦點(diǎn)處熔化的深度很小7.1激光熱加工原理(2)材料的加熱如果光照時間為有限7.1激光熱加工原理(4)激光等離子體屏蔽現(xiàn)象如圖7-2所示，為等離子云變化的過程激光作用于靶表面，引發(fā)蒸汽，蒸汽繼續(xù)吸收激光能量，使溫度升高，最后在靶表面產(chǎn)生高溫高密度的等離子體。等離子體迅速向外膨脹，在此過程中繼續(xù)吸收入射激光，阻止激光到達(dá)靶面，切斷了激光與靶的能量耦合。圖7-2等離子云變化的過程7.1激光熱加工原理(4)激光等離子體屏蔽現(xiàn)象如圖7-1.激光淬火技術(shù)，又稱激光相變硬化，它利用聚焦后的激光束照射到鋼鐵材料表面，使其溫度迅速升到相變點(diǎn)以上。當(dāng)激光移開后，由于仍處于低溫的內(nèi)層材料的快速導(dǎo)熱作用，使表層快速冷卻到馬氏體相變點(diǎn)以下，獲得淬硬層。

7.2.1激光淬火技術(shù)的原理與應(yīng)用2.圖7-3為一臺柔性激光加工系統(tǒng)的示意圖。它通過五維運(yùn)動的工作頭把激光照射到被加工的表面，在計(jì)算機(jī)控制下直接掃描被加工表面完成激光淬火圖7-3柔性激光加工系統(tǒng)示意圖3.激光淬火可以使工件表層0.1到1.0mm范圍內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生明顯變化。圖7-4所示為45鋼表面激光淬火區(qū)橫截面金相組織圖圖7-4鋼表面激光淬火區(qū)橫截面金相組織圖1.激光淬火技術(shù)，又稱激光相變硬化，它利用聚焦后的激光束照射4.圖7-5所示為該淬火區(qū)顯微硬度沿深度方向的分布曲線7.2.1激光淬火技術(shù)的原理與應(yīng)用圖7-5該淬火區(qū)顯微硬度沿深度方向的分布曲線圖5.依據(jù)激光器的特點(diǎn)不同，激光淬火可分為CO2激光淬火和因素YAG激光淬火。但兩者中影響淬硬性能的主要基本相同1)材料成分：是通過材料的淬硬性和淬透性來影響激光淬硬層深度與硬度的。一般說來，隨著鋼中含碳量的增加，淬火后馬氏體的含量也增加，激光淬硬層的顯微硬度也就越高，如圖7-6所示。

圖7-6基材含碳量與激光淬火層顯微硬度的關(guān)系4.圖7-5所示為該淬火區(qū)顯微硬度沿深度方向的分布曲線7.27.2.1激光淬火技術(shù)的原理與應(yīng)用5.依據(jù)激光器的特點(diǎn)不同，激光淬火可分為CO2激光淬火和因素YAG激光淬火。但兩者中影響淬硬性能的主要基本相同2)激光工藝參數(shù)：激光淬火層的寬度主要決定于光斑直徑；淬硬層深度由激光功率、光斑直徑和掃描速度共同決定；描述激光淬火的另一個重要工藝參數(shù)為功率密度，即單位面積注入工件表面的激光功率。為了使材料表面不熔化，激光淬火的功率密度通常低于104W／cm2，一般為1000-6000W／cm2。

3)表面預(yù)處理狀態(tài)：一是表面組織淮備，即通過調(diào)質(zhì)處理等手段使鋼鐵材料表面具有較細(xì)的表面組織，以便保證激光淬火時組織與性能的均勻、穩(wěn)定。如圖7-7為原始組織及掃描速度對激光淬硬層深度的影響；二是表面“黑化”處理，以便提高鋼鐵表面對激光束的吸收率。圖7-7原始組織及掃描速度對激光淬硬層深度的影響7.2.1激光淬火技術(shù)的原理與應(yīng)用5.依據(jù)激光器的特點(diǎn)不同7.2.2激光表面熔凝技術(shù)1.用激光束將表面熔化而不加任何合金元素，以達(dá)到表面組織改善的目的。與激光淬火工藝相比，激光熔凝處理的關(guān)鍵是使材料表面經(jīng)歷了一個快速熔化一凝固過程，所獲得的熔凝層為鑄態(tài)組織。工件橫截面沿深度方向的組織依次為：熔凝層、相變硬化層、熱影響區(qū)和基材，如圖7-9所示。

圖7-9激光熔凝處理后橫截面組織示意圖2.圖7-10給出了激光熔凝處理后，T10鋼表面顯微硬度沿深度方向的分布。圖7-10T10鋼激光熔凝層顯微硬度沿淬硬層深度的分布7.2.2激光表面熔凝技術(shù)1.用激光束將表面熔化而不加任何7.2.3激光熔覆技術(shù)1.激光熔覆(LaserCladding)技術(shù)亦稱激光包覆、激光涂覆、激光熔敷，是一種新的表面改性技術(shù)。它通過在基材表面添加熔覆材料，利用高功率密度的激光束使之與基材表面一起熔凝的方法，在基材表面形成與其為冶金結(jié)合的添料熔覆層，以改善其表面性能的工藝。

2.激光熔覆技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)圖7-11同步送料法激光熔覆示意圖3.激光熔覆工藝依據(jù)材料的添加方式不同，分為預(yù)置涂層法和同步送料法。4.同步送料法指在激光束照射基材的同時，將待熔覆的材料送入激光熔池，經(jīng)熔融、冷凝后形成熔覆層的工藝過程。激光熔覆材料包括金屬、陶瓷或者金屬陶瓷，材料的形式可以是粉末、絲材或者板材，工藝過程如圖7-11所示。。7.2.3激光熔覆技術(shù)1.激光熔覆(LaserCladd7.2.3激光熔覆技術(shù)5.評價(jià)激光熔覆層質(zhì)量的主要指標(biāo)為：熔覆層厚度、寬度、形狀系數(shù)(寬度／厚度)、稀釋率、硬度及其沿深度分布、基板的熱影響區(qū)深度及變形程度等。典型熔覆層的截面示意圖見圖7-12圖7-12熔覆層的截面示意圖6.激光熔覆層的寬度主要決定于光斑直徑；而激光熔覆層的厚度與送粉量、掃描速度、功率密度等參數(shù)密切相關(guān)。7.常用激光熔覆材料包括鎳基、鐵基、鉆基、銅基自熔合金、以及上述合金與碳化物(WC、TiC、SiC等)，顆粒組成的金屬陶瓷復(fù)合粉末以及Al203、ZrO2等陶瓷材料。常用的基材包括鋼鐵、鋁合金、銅合金、鎳合金和鈦合金等。7.2.3激光熔覆技術(shù)5.評價(jià)激光熔覆層質(zhì)量的主要指標(biāo)為：1.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（圖7-13）。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。7.3.1激光打孔圖7-13激光打孔機(jī)的基本結(jié)構(gòu)示意圖2.激光打孔時材料的去除主要與激光作用區(qū)內(nèi)物質(zhì)的破壞及破壞產(chǎn)物的運(yùn)動有關(guān)。嚴(yán)格分析激光打孔的成因需要解決激光打孔時產(chǎn)生的蒸氣和粘性液體沿孔壁流動的動力學(xué)問題，這里只根據(jù)一些實(shí)驗(yàn)關(guān)系，建立一個唯象的描述對激光打孔的激光束幾何參數(shù)和總能量與孔的深度和孔徑之間的關(guān)系進(jìn)行估算

1.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7.3.1激光打孔圖7-14激光打孔幾何原理簡圖

2.激光打孔的激光束幾何參數(shù)和總能量與孔的深度和孔徑之間的關(guān)系進(jìn)行估算。如圖7-14的激光打孔原理簡圖

如果在t時刻孔的底面半徑為r(t)，孔深為h(t)，則有

考慮材料從孔底蒸發(fā)，而熔化的液體從孔壁流走，t時刻的能量守衡方程為當(dāng)時，可以近似解出用激光加工的總能量表示的孔深度和孔徑為7.3.1激光打孔圖7-14激光打孔幾何原理簡圖2.7.3.1激光打孔圖7-14離焦量對打孔質(zhì)量的影響3.

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。※激光打孔中離焦量對打孔的影響當(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(diǎn)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降低，以至打成盲孔（圖7-15）。7.3.1激光打孔圖7-14離焦量對打孔質(zhì)量的影響3.激7.3.1激光打孔3.

激光打孔工藝參數(shù)的影響※被加工材料對打孔的影響※脈沖激光的重復(fù)頻率對打孔的影響用調(diào)Q方法取得巨脈沖時，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，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。

4.應(yīng)用實(shí)例：用激光加工系統(tǒng)打薄板篩孔

圖7-15薄板打孔效果圖7.3.1激光打孔3.激光打孔工藝參數(shù)的影響※被加工材7.3.2激光切割1.激光切割的原理與特點(diǎn)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7-17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。

2.激光切割的特點(diǎn)圖7-15激光切割頭的結(jié)構(gòu)示意圖3.激光切割分類及其機(jī)理※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。

7.3.2激光切割1.激光切割的原理與特點(diǎn)切割過程中激7.3.2激光切割4.激光切割的工藝參數(shù)及其規(guī)律

※激光功率:

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。

※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。

※噴嘴：噴嘴是影響激光切割質(zhì)量和效率的—個重要部件。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切割質(zhì)量也有較大影響，為了保證切割過程穩(wěn)定，這個距離必須保持不變?！鶜怏w的壓力：在功率和切割材料板厚一定時，有一最佳切割氣體流量，這時切割速度最快。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對激光切割最為有利。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)。7.3.2激光切割4.激光切割的工藝參數(shù)及其規(guī)律※激7.3.2激光切割5.工業(yè)材料的激光切割

※金屬材料的激光切割:二氧化碳激光器成功的用于許多金屬的切割實(shí)踐；利用氧助熔化切割方法切割碳鋼板的切縫可控制在滿意的寬度范圍內(nèi)；大多數(shù)合金結(jié)構(gòu)鋼和合金工具鋼都能夠用激光切割方法得到良好的切邊質(zhì)量；鋁及鋁合金不能用氧助熔化切割而要熔化切割機(jī)制；飛機(jī)制造業(yè)常用的鈦及鈦合金采用空氣作為輔助氣體比較穩(wěn)妥，可以確保切割質(zhì)量；大多數(shù)鎳基合金也可實(shí)施氧助熔化切割；銅及銅合金反射率太高，基本上不能用10.6μ的二氧化碳激光進(jìn)行切割。

※非金屬材料的激光切割：塑料、橡膠、木材、紙制品、皮革、天然織物及其它有機(jī)材料都可以用激光進(jìn)行切割，但是木材的厚度需有所限制。無機(jī)材料中石英和陶瓷可以用激光進(jìn)行切割，后者宜用控制斷裂切割且不可使用高功率。玻璃和石頭一般不宜用激光切割。

7.3.2激光切割5.工業(yè)材料的激光切割※金屬材料的激1.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)。它和傳統(tǒng)的焊接技術(shù)一樣，通過將材料連接區(qū)的部分熔化而將兩個零件或部件連接起來。

圖7-19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2.激光焊接相對于傳統(tǒng)方式的優(yōu)點(diǎn)：

1）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(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)自動化和智能化。

3.圖7-19所示為一種顯象管陰極芯的激光焊接設(shè)備原理

4.激光焊接主要有熱導(dǎo)焊和深熔焊兩種。熱導(dǎo)焊采用的激光功率為105w/cm2左右，是靠熱傳導(dǎo)進(jìn)行焊接的，焊縫深度小于2.5mm，焊縫的深寬比最大為3：1。深熔焊采用的功率密度在106~107w/cm2之間，焊縫的深寬比最大可達(dá)12：1

1.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)。7.4.1激光熱導(dǎo)焊1.激光熱導(dǎo)焊熱導(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，溶池中的熔融金屬并不會向前運(yùn)動。在激光束向前運(yùn)動后，溶池中的熔融金屬隨之凝固，形成連接兩塊材料的焊縫。2.激光熱導(dǎo)焊的工藝及部分參數(shù)※激光熱導(dǎo)焊的連接形式：片狀工件的焊接形式有對焊、端焊、中心穿透熔化焊等※激光功率密度：如激光功率密度低則熔深淺、焊接速度慢。圖7－20是熱導(dǎo)焊接不銹鋼時熔化深度、掃描速度與激光功率密度的關(guān)系圖7-20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7.4.1激光熱導(dǎo)焊1.激光熱導(dǎo)焊熱導(dǎo)焊時，激光輻射能量7.4.1激光熱導(dǎo)焊2.激光熱導(dǎo)焊的工藝及部分參數(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均勻。離焦方式有兩種，焦平面位于工件上方為正離焦，反之為負(fù)離焦。在實(shí)際應(yīng)用中，要求熔深較大時采用負(fù)離焦，焊接薄材料時宜用正離焦。此外離焦量還直接影響到焊逢的寬度。

※脈沖激光熱導(dǎo)焊的脈沖波形：激光熱導(dǎo)焊也可以用脈沖激光來完成，其脈沖波形對于焊接質(zhì)量也有很大的影響。焊接銅、鋁、金、銀等高反射率的材料，為了突破高反射率的屏障，使金屬瞬間熔化把反射率降低下來，實(shí)現(xiàn)后續(xù)的熱導(dǎo)焊過程，需要脈沖帶有一個前置的尖峰。而對于鐵、鎳、鉬鈦等黑色金屬，表面反射率較低，應(yīng)采用較為平坦或平頂?shù)牟ㄐ巍?.4.1激光熱導(dǎo)焊2.激光熱導(dǎo)焊的工藝及部分參數(shù)※脈沖7.4.2激光深熔焊1.

激光深熔焊的原理當(dāng)激光功率密度達(dá)到106—107W／cm2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)生汽化而形成匙孔，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態(tài)平衡，激光可以通過孔中直射到孔底。

2.

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。不同材料具有不同的臨界功率密度的大小。因此決定了各種材料進(jìn)行激光深熔焊的難易程度。

※

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)。在一定的激光功率下，提高焊接速度，熱輸入下降，焊接熔深減少。對于給定的激光功率等條件，存在一維持深熔焊接的最小焊接速度。

3.激光焊接過程中的幾種效應(yīng)(1)深熔焊焊接過程中的等離子體（2）壁聚焦效應(yīng)（3）凈化效應(yīng)4.激光焊的優(yōu)點(diǎn)7.4.2激光深熔焊1.激光深熔焊的原理當(dāng)激光功率密度達(dá)1.快速成型技術(shù)的基本工作原理是離散、堆積。

圖7-22立體光造型技術(shù)的原理示意圖7.5.1激光快速成型技術(shù)的原理及主要優(yōu)點(diǎn)2.由于快速成型技術(shù)(包括激光快速成型技術(shù))僅在需要增加材料的地方加上材料，所以從設(shè)計(jì)到制造自動化，從知識獲取到計(jì)算機(jī)處理，從計(jì)劃到接口、通訊等方面來看，非常適合于CIM、CAD及CAM，同傳統(tǒng)的制造方法相比較，顯示出諸多優(yōu)點(diǎn)。

快速性、適合成型復(fù)雜零件、高度柔性、高度集成化7.5.2激光快速成型技術(shù)1．立體光造型技術(shù)

立體光造型技術(shù)的原理如圖7-22所示，是典型的逐層制造法。1.快速成型技術(shù)的基本工作原理是離散、堆積。圖7-22圖7-23選擇性激光燒結(jié)技術(shù)基本原理示意圖7.5.2激光快速成型技術(shù)2．選擇性激光燒結(jié)技術(shù)選擇性激光燒結(jié)技術(shù)與立體光造型技術(shù)很相似，也是用激光束來掃描各原材料，但用粉末物質(zhì)代替了液態(tài)光聚合物。選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的基本原理見圖7-23所示。圖7-23選擇性激光燒結(jié)技術(shù)基本原理示意圖7.5.2激光圖7-24激光熔覆成型技術(shù)原理示意圖7.5.2激光快速成型技術(shù)3．激光熔覆成型技術(shù)激光熔覆成型技術(shù)原理圖如圖7-24所示，目前用此法制造出復(fù)雜截面變換器的零件外形的誤差在0.5mm以內(nèi)（圖7-25）。

圖7-25激光熔覆的復(fù)雜截面變換器4．激光近型制造技術(shù)激光近形制造技術(shù)(LaserEngineeringNetShaping，簡稱LENS)技術(shù)，將快速成型技術(shù)中的選擇性激光燒結(jié)技術(shù)和激光熔覆成型技術(shù)結(jié)合了起來。激光近形制造技術(shù)的基本原理如圖7-26所示。該系統(tǒng)主要由4部分組成：計(jì)算機(jī)、高功率激光器、多坐標(biāo)數(shù)控工作臺和送粉裝置。

圖7-24激光熔覆成型技術(shù)原理示意圖7.5.2激光快速成圖7-26激光近形制造技術(shù)的基本原理示意圖7.5.2激光快速成型技術(shù)4．激光近型制造技術(shù)（1）計(jì)算機(jī)

用于建立待制作零件的CAD模型，將零件的CAD模型轉(zhuǎn)換成STL文件，對零件的CAD模型進(jìn)行切片處理，生成一系列具有一定厚度的薄層，并形成每一層薄層的掃描軌跡，以便控制多坐標(biāo)數(shù)控工作臺運(yùn)動。

（2）高功率激光器

使用的是高達(dá)幾千瓦到十幾千瓦功率的CO2激光器，而不像選擇性激光燒結(jié)技術(shù)中所用的CO2激光器只有50瓦。

（3）多坐標(biāo)數(shù)控工作臺采用多坐標(biāo)數(shù)控工作臺的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)掃描：在工作臺上的零件除能夠沿著X,Y軸方向運(yùn)動外，還可以繞X,Y軸轉(zhuǎn)動。

（4）送粉裝置送粉裝置是激光近形成型制造系統(tǒng)中非常重要并具有特點(diǎn)的一個部分。送粉裝置性能的好壞決定了零件的制作質(zhì)量。對送粉裝置的基本要求是能夠提供均勻穩(wěn)定的粉末流。送粉裝置有兩種形式：側(cè)向送粉裝置和同軸送粉裝置。

圖7-26激光近形制造技術(shù)的基本原理示意圖7.5.2激光7.5.2激光快速成型技術(shù)5．薄片疊層制造技術(shù)薄片疊層制造技術(shù)是一種常用來制作模具的新型快速成型技術(shù)。其工作原理就是，首先用大功率激光束切割金屬薄片。然后將多層薄片疊加，并使其形狀逐漸發(fā)生變化，最終獲得所需原型(模具)的立體幾何形狀（圖7-27）。

圖7-27薄片疊層制造技術(shù)原理示意圖7.5.2激光快速成型技術(shù)5．薄片疊層制造技術(shù)薄片疊層制7.5.3激光快速成型技術(shù)的重要應(yīng)用

1．用于制造復(fù)雜形狀的零件

特別適合于在航天航空工業(yè)中制作大型帶加強(qiáng)筋的整體薄壁結(jié)構(gòu)零件。

2．快速制造原型可以在極短的時間內(nèi)設(shè)計(jì)制造出零件的原型，進(jìn)行外觀、功能和運(yùn)動上的考核，發(fā)現(xiàn)錯誤及時糾正，避免由于設(shè)計(jì)錯誤而帶來的工裝、模具等浪費(fèi)。3．用于制造多種材料或非均質(zhì)材料的零件4．用于制造活性金屬的零件由于激光快速成型制造能夠提供良好的工作氣氛環(huán)境，材料浪費(fèi)少，所以可以用于加工活性金屬(如鈦、鎢、鎳等)及其他的特殊金屬。5．用于小批量生產(chǎn)塑料制件6．用于制造各種模具或模型選擇性激光燒結(jié)技術(shù)在航空工業(yè)中最有發(fā)展前途的應(yīng)用，就是快速制造精密鑄造中的陶瓷模殼和型芯。7.5.3激光快速成型技術(shù)的重要應(yīng)用1．用于制造復(fù)雜形狀1.激光潔洗技術(shù)是指采用高能激光束照射工件表面，使表面的污物、顆粒、銹斑或者涂層等附著物發(fā)生瞬間蒸發(fā)或者剝離、從而達(dá)到潔凈化的工藝過程。7.6.1激光清洗技術(shù)2.與普通的化學(xué)清洗法和機(jī)械清洗法相比．激光清洗具有如下特征：（1）它是一種完全的“干式”清洗過程，不需要使用清潔液或者其它化學(xué)溶液，是一種“綠色”消洗工藝，并且清潔度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于化學(xué)清洗工藝；

（2）清洗的對利象范圍很廣。（3）激光清洗適用于幾平所有固體基材。（4）激光清洗可以方便地實(shí)現(xiàn)自動化操作，還可利用光纖將激光引入污染區(qū)，操作人員只需遠(yuǎn)距離遙控操作、非常安全方便，這對于一些特殊的應(yīng)用場合，如核反應(yīng)堆冷凝管的除銹等，具有重要的意義。7.6.2激光彎曲1.激光彎曲是一種柔性成形新技術(shù)，它利用激光加熱產(chǎn)生不均勻的溫度場誘發(fā)熱應(yīng)力代替外力實(shí)現(xiàn)金屬板料的成形。1.激光潔洗技術(shù)是指采用高能激光束照射工件表面，使表面的污物7.1激光熱加工原理1.無論是哪一種激光加工的方法，都要將一定功率激光束聚焦于被加工物體上，使激光與物質(zhì)相互作用。在不同激光參數(shù)下的各種加工的應(yīng)用范圍如圖7-1示圖7-1各種參數(shù)條件下激光加工的可能應(yīng)用和影響7.1激光熱加工原理1.無論是哪一種激光加工的方法，都要將7.1激光熱加工原理1.對激光與材料的相互作用過程的物理描述可以分為以下四個方面：(1)材料對激光的吸收

激光熱加工時首先發(fā)生的是材料對激光能量的吸收。透入材料內(nèi)部的光能主要對材料起加熱作用。

不同材料對不同波長激光吸收率不同。假設(shè)材料表面反射率為R，則吸收率為

當(dāng)激光由空氣垂直入射到平板材料上時，根據(jù)菲涅爾公式，反射率為

(2)材料的加熱設(shè)入射激光束的光功率密度為qi，材料表面吸收的光功率密度為q0，則有

激光從表面入射到材料內(nèi)部深度為處的光強(qiáng)一般將激光在材料內(nèi)的穿透深度定義為光強(qiáng)降至I0/e時的深度，因而穿透深度為1/a

7.1激光熱加工原理1.對激光與材料的相互作用過程的物理描7.1激光熱加工原理(2)材料的加熱為了得到加熱階段的溫度分布，必須求解熱傳導(dǎo)微分方程。對于各向同性的均勻材料，激光加熱的熱傳導(dǎo)偏微分方程的一般形式為

如果光功率的損耗全部變成熱量，則有從理論上講，根據(jù)加工時的各工藝參數(shù)以及初始條件，可以解出加工過程中激光照射區(qū)的溫度場分布。但實(shí)際加工時，各方面的因素使熱傳導(dǎo)方程的求解十分困難

簡化：如果半無限大（即物體厚度無限大）物體表面受到均勻的激光垂直照射加熱，被材料表面吸收的光功率密度不隨時間改變，而且光照時間足夠長，以至被吸收的能量、所產(chǎn)生的溫度、導(dǎo)熱和熱輻射之間達(dá)到動平衡，此時圓形激光光斑中心的溫度可以由下式確定

7.1激光熱加工原理(2)材料的加熱為了得到加熱階段的7.1激光熱加工原理(2)材料的加熱如果光照時間為有限長(s)，考察點(diǎn)離開表面的距離(cm)也不為零，此時圓形激光光斑中心軸線上考察點(diǎn)的溫度為

進(jìn)一步假設(shè)照射激光是高斯光束，且入射到表面上的光束有效半徑為，則激光光斑的功率密度可用離開中心的距離表示為持續(xù)加熱得到的光斑中心的溫度最大值為(2)材料的熔化與汽化激光功率密度過高，材料在表面汽化，不在深層熔化；激光功率密度過低，則能量會擴(kuò)散到較大的體積內(nèi)，使焦點(diǎn)處熔化的深度很小7.1激光熱加工原理(2)材料的加熱如果光照時間為有限7.1激光熱加工原理(4)激光等離子體屏蔽現(xiàn)象如圖7-2所示，為等離子云變化的過程激光作用于靶表面，引發(fā)蒸汽，蒸汽繼續(xù)吸收激光能量，使溫度升高，最后在靶表面產(chǎn)生高溫高密度的等離子體。等離子體迅速向外膨脹，在此過程中繼續(xù)吸收入射激光，阻止激光到達(dá)靶面，切斷了激光與靶的能量耦合。圖7-2等離子云變化的過程7.1激光熱加工原理(4)激光等離子體屏蔽現(xiàn)象如圖7-1.激光淬火技術(shù)，又稱激光相變硬化，它利用聚焦后的激光束照射到鋼鐵材料表面，使其溫度迅速升到相變點(diǎn)以上。當(dāng)激光移開后，由于仍處于低溫的內(nèi)層材料的快速導(dǎo)熱作用，使表層快速冷卻到馬氏體相變點(diǎn)以下，獲得淬硬層。

7.2.1激光淬火技術(shù)的原理與應(yīng)用2.圖7-3為一臺柔性激光加工系統(tǒng)的示意圖。它通過五維運(yùn)動的工作頭把激光照射到被加工的表面，在計(jì)算機(jī)控制下直接掃描被加工表面完成激光淬火圖7-3柔性激光加工系統(tǒng)示意圖3.激光淬火可以使工件表層0.1到1.0mm范圍內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生明顯變化。圖7-4所示為45鋼表面激光淬火區(qū)橫截面金相組織圖圖7-4鋼表面激光淬火區(qū)橫截面金相組織圖1.激光淬火技術(shù)，又稱激光相變硬化，它利用聚焦后的激光束照射4.圖7-5所示為該淬火區(qū)顯微硬度沿深度方向的分布曲線7.2.1激光淬火技術(shù)的原理與應(yīng)用圖7-5該淬火區(qū)顯微硬度沿深度方向的分布曲線圖5.依據(jù)激光器的特點(diǎn)不同，激光淬火可分為CO2激光淬火和因素YAG激光淬火。但兩者中影響淬硬性能的主要基本相同1)材料成分：是通過材料的淬硬性和淬透性來影響激光淬硬層深度與硬度的。一般說來，隨著鋼中含碳量的增加，淬火后馬氏體的含量也增加，激光淬硬層的顯微硬度也就越高，如圖7-6所示。

圖7-6基材含碳量與激光淬火層顯微硬度的關(guān)系4.圖7-5所示為該淬火區(qū)顯微硬度沿深度方向的分布曲線7.27.2.1激光淬火技術(shù)的原理與應(yīng)用5.依據(jù)激光器的特點(diǎn)不同，激光淬火可分為CO2激光淬火和因素YAG激光淬火。但兩者中影響淬硬性能的主要基本相同2)激光工藝參數(shù)：激光淬火層的寬度主要決定于光斑直徑；淬硬層深度由激光功率、光斑直徑和掃描速度共同決定；描述激光淬火的另一個重要工藝參數(shù)為功率密度，即單位面積注入工件表面的激光功率。為了使材料表面不熔化，激光淬火的功率密度通常低于104W／cm2，一般為1000-6000W／cm2。

3)表面預(yù)處理狀態(tài)：一是表面組織淮備，即通過調(diào)質(zhì)處理等手段使鋼鐵材料表面具有較細(xì)的表面組織，以便保證激光淬火時組織與性能的均勻、穩(wěn)定。如圖7-7為原始組織及掃描速度對激光淬硬層深度的影響；二是表面“黑化”處理，以便提高鋼鐵表面對激光束的吸收率。圖7-7原始組織及掃描速度對激光淬硬層深度的影響7.2.1激光淬火技術(shù)的原理與應(yīng)用5.依據(jù)激光器的特點(diǎn)不同7.2.2激光表面熔凝技術(shù)1.用激光束將表面熔化而不加任何合金元素，以達(dá)到表面組織改善的目的。與激光淬火工藝相比，激光熔凝處理的關(guān)鍵是使材料表面經(jīng)歷了一個快速熔化一凝固過程，所獲得的熔凝層為鑄態(tài)組織。工件橫截面沿深度方向的組織依次為：熔凝層、相變硬化層、熱影響區(qū)和基材，如圖7-9所示。

圖7-9激光熔凝處理后橫截面組織示意圖2.圖7-10給出了激光熔凝處理后，T10鋼表面顯微硬度沿深度方向的分布。圖7-10T10鋼激光熔凝層顯微硬度沿淬硬層深度的分布7.2.2激光表面熔凝技術(shù)1.用激光束將表面熔化而不加任何7.2.3激光熔覆技術(shù)1.激光熔覆(LaserCladding)技術(shù)亦稱激光包覆、激光涂覆、激光熔敷，是一種新的表面改性技術(shù)。它通過在基材表面添加熔覆材料，利用高功率密度的激光束使之與基材表面一起熔凝的方法，在基材表面形成與其為冶金結(jié)合的添料熔覆層，以改善其表面性能的工藝。

2.激光熔覆技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)圖7-11同步送料法激光熔覆示意圖3.激光熔覆工藝依據(jù)材料的添加方式不同，分為預(yù)置涂層法和同步送料法。4.同步送料法指在激光束照射基材的同時，將待熔覆的材料送入激光熔池，經(jīng)熔融、冷凝后形成熔覆層的工藝過程。激光熔覆材料包括金屬、陶瓷或者金屬陶瓷，材料的形式可以是粉末、絲材或者板材，工藝過程如圖7-11所示。。7.2.3激光熔覆技術(shù)1.激光熔覆(LaserCladd7.2.3激光熔覆技術(shù)5.評價(jià)激光熔覆層質(zhì)量的主要指標(biāo)為：熔覆層厚度、寬度、形狀系數(shù)(寬度／厚度)、稀釋率、硬度及其沿深度分布、基板的熱影響區(qū)深度及變形程度等。典型熔覆層的截面示意圖見圖7-12圖7-12熔覆層的截面示意圖6.激光熔覆層的寬度主要決定于光斑直徑；而激光熔覆層的厚度與送粉量、掃描速度、功率密度等參數(shù)密切相關(guān)。7.常用激光熔覆材料包括鎳基、鐵基、鉆基、銅基自熔合金、以及上述合金與碳化物(WC、TiC、SiC等)，顆粒組成的金屬陶瓷復(fù)合粉末以及Al203、ZrO2等陶瓷材料。常用的基材包括鋼鐵、鋁合金、銅合金、鎳合金和鈦合金等。7.2.3激光熔覆技術(shù)5.評價(jià)激光熔覆層質(zhì)量的主要指標(biāo)為：1.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（圖7-13）。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。7.3.1激光打孔圖7-13激光打孔機(jī)的基本結(jié)構(gòu)示意圖2.激光打孔時材料的去除主要與激光作用區(qū)內(nèi)物質(zhì)的破壞及破壞產(chǎn)物的運(yùn)動有關(guān)。嚴(yán)格分析激光打孔的成因需要解決激光打孔時產(chǎn)生的蒸氣和粘性液體沿孔壁流動的動力學(xué)問題，這里只根據(jù)一些實(shí)驗(yàn)關(guān)系，建立一個唯象的描述對激光打孔的激光束幾何參數(shù)和總能量與孔的深度和孔徑之間的關(guān)系進(jìn)行估算

1.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7.3.1激光打孔圖7-14激光打孔幾何原理簡圖

2.激光打孔的激光束幾何參數(shù)和總能量與孔的深度和孔徑之間的關(guān)系進(jìn)行估算。如圖7-14的激光打孔原理簡圖

如果在t時刻孔的底面半徑為r(t)，孔深為h(t)，則有

考慮材料從孔底蒸發(fā)，而熔化的液體從孔壁流走，t時刻的能量守衡方程為當(dāng)時，可以近似解出用激光加工的總能量表示的孔深度和孔徑為7.3.1激光打孔圖7-14激光打孔幾何原理簡圖2.7.3.1激光打孔圖7-14離焦量對打孔質(zhì)量的影響3.

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?！す獯蚩字须x焦量對打孔的影響當(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(diǎn)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降低，以至打成盲孔（圖7-15）。7.3.1激光打孔圖7-14離焦量對打孔質(zhì)量的影響3.激7.3.1激光打孔3.

激光打孔工藝參數(shù)的影響※被加工材料對打孔的影響※脈沖激光的重復(fù)頻率對打孔的影響用調(diào)Q方法取得巨脈沖時，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，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。

4.應(yīng)用實(shí)例：用激光加工系統(tǒng)打薄板篩孔

圖7-15薄板打孔效果圖7.3.1激光打孔3.激光打孔工藝參數(shù)的影響※被加工材7.3.2激光切割1.激光切割的原理與特點(diǎn)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7-17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。

2.激光切割的特點(diǎn)圖7-15激光切割頭的結(jié)構(gòu)示意圖3.激光切割分類及其機(jī)理※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。

7.3.2激光切割1.激光切割的原理與特點(diǎn)切割過程中激7.3.2激光切割4.激光切割的工藝參數(shù)及其規(guī)律

※激光功率:

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。

※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。

※噴嘴：噴嘴是影響激光切割質(zhì)量和效率的—個重要部件。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切割質(zhì)量也有較大影響，為了保證切割過程穩(wěn)定，這個距離必須保持不變。※氣體的壓力：在功率和切割材料板厚一定時，有一最佳切割氣體流量，這時切割速度最快。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對激光切割最為有利。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)。7.3.2激光切割4.激光切割的工藝參數(shù)及其規(guī)律※激7.3.2激光切割5.工業(yè)材料的激光切割

※金屬材料的激光切割:二氧化碳激光器成功的用于許多金屬的切割實(shí)踐；利用氧助熔化切割方法切割碳鋼板的切縫可控制在滿意的寬度范圍內(nèi)；大多數(shù)合金結(jié)構(gòu)鋼和合金工具鋼都能夠用激光切割方法得到良好的切邊質(zhì)量；鋁及鋁合金不能用氧助熔化切割而要熔化切割機(jī)制；飛機(jī)制造業(yè)常用的鈦及鈦合金采用空氣作為輔助氣體比較穩(wěn)妥，可以確保切割質(zhì)量；大多數(shù)鎳基合金也可實(shí)施氧助熔化切割；銅及銅合金反射率太高，基本上不能用10.6μ的二氧化碳激光進(jìn)行切割。

※非金屬材料的激光切割：塑料、橡膠、木材、紙制品、皮革、天然織物及其它有機(jī)材料都可以用激光進(jìn)行切割，但是木材的厚度需有所限制。無機(jī)材料中石英和陶瓷可以用激光進(jìn)行切割，后者宜用控制斷裂切割且不可使用高功率。玻璃和石頭一般不宜用激光切割。

7.3.2激光切割5.工業(yè)材料的激光切割※金屬材料的激1.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)。它和傳統(tǒng)的焊接技術(shù)一樣，通過將材料連接區(qū)的部分熔化而將兩個零件或部件連接起來。

圖7-19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2.激光焊接相對于傳統(tǒng)方式的優(yōu)點(diǎn)：

1）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(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)自動化和智能化。

3.圖7-19所示為一種顯象管陰極芯的激光焊接設(shè)備原理

4.激光焊接主要有熱導(dǎo)焊和深熔焊兩種。熱導(dǎo)焊采用的激光功率為105w/cm2左右，是靠熱傳導(dǎo)進(jìn)行焊接的，焊縫深度小于2.5mm，焊縫的深寬比最大為3：1。深熔焊采用的功率密度在106~107w/cm2之間，焊縫的深寬比最大可達(dá)12：1

1.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)。7.4.1激光熱導(dǎo)焊1.激光熱導(dǎo)焊熱導(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，溶池中的熔融金屬并不會向前運(yùn)動。在激光束向前運(yùn)動后，溶池中的熔融金屬隨之凝固，形成連接兩塊材料的焊縫。2.激光熱導(dǎo)焊的工藝及部分參數(shù)※激光熱導(dǎo)焊的連接形式：片狀工件的焊接形式有對焊、端焊、中心穿透熔化焊等※激光功率密度：如激光功率密度低則熔深淺、焊接速度慢。圖7－20是熱導(dǎo)焊接不銹鋼時熔化深度、掃描速度與激光功率密度的關(guān)系圖7-20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7.4.1激光熱導(dǎo)焊1.激光熱導(dǎo)焊熱導(dǎo)焊時，激光輻射能量7.4.1激光熱導(dǎo)焊2.激光熱導(dǎo)焊的工藝及部分參數(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均勻。離焦方式有兩種，焦平面位于工件上方為正離焦，反之為負(fù)離焦。在實(shí)際應(yīng)用中，要求熔深較大時采用負(fù)離焦，焊接薄材料時宜用正離焦。此外離焦量還直接影響到焊逢的寬度。

※脈沖激光熱導(dǎo)焊的脈沖波形：激光熱導(dǎo)焊也可以用脈沖激光來完成，其脈沖波形對于焊接質(zhì)量也有很大的影響。焊接銅、鋁、金、銀等高反射率的材料，為了突破高反射率的屏障，使金屬瞬間熔化把反射率降低下來，實(shí)現(xiàn)后續(xù)的熱導(dǎo)焊過程，需要脈沖帶有一個前置的尖峰。而對于鐵、鎳、鉬鈦等黑色金屬，表面反射率較低，應(yīng)采用較為平坦或平頂?shù)牟ㄐ巍?.4.1激光熱導(dǎo)焊2.激光熱導(dǎo)焊的工藝及部分參數(shù)※脈沖7.4.2激光深熔焊1.

激光深熔焊的原理當(dāng)激光功率密度達(dá)到106—107W／cm2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)生汽化而形成匙孔，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態(tài)平衡，激光可以通過孔中直射到孔底。

2.

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。不同材料具有不同的臨界功率密度的大小。因此決定了各種材料進(jìn)行激光深熔焊的難易程度。

※

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)。在一定的激光功率下，提高焊接速度，熱輸入下降，焊接熔深減少。對于給定的激光功率等條件，存在一維持深熔焊接的最小焊接速度。

3.激光焊接過程中的幾種效應(yīng)(1)深熔焊焊接過程中的等離子體（2）壁聚焦效應(yīng)（3）凈化效應(yīng)4.激光焊的優(yōu)點(diǎn)7.4.2激光深熔焊1.激光深熔焊的原理當(dāng)激光功率密度達(dá)1.快速成型技術(shù)的基本工作原理是離散、堆積。

圖7-22立體光造型技術(shù)的原理示意圖7.5.1激光快速成型技術(shù)的原理及主要優(yōu)點(diǎn)2.由于快速成型技術(shù)(包括激光快速成型技術(shù))僅在需要增加材料的地方加上材料，所以從設(shè)計(jì)到制造自動化，從知識獲取到計(jì)算機(jī)處理，從計(jì)劃到接口、通訊等方面來看，非常適合于CIM、CAD及CAM，同傳統(tǒng)的制造方法相比較，顯示出諸多優(yōu)點(diǎn)。

快速性、適合成型復(fù)雜零件、高度柔性、高度集成化7.5.2激光快速成型技術(shù)1．立體光造型技術(shù)

立體光造型技術(shù)的原理如圖7-22所示，是典型的逐層制造法。1.