第5章激光加工

10.激光加工技術(shù)

（LaserBeamMachining,LBM)激光加工原理和特點(diǎn)激光加工設(shè)備激光加工工藝及應(yīng)用激光加工新技術(shù)10.1

激光加工原理和特點(diǎn)10.1.1激光的產(chǎn)生10.1.2原子發(fā)光原理10.1.3激光的特性10.1.4激光加工的特點(diǎn)10.1.1激光的產(chǎn)生光的二象性波動(dòng)性（電磁學(xué)說(shuō)）光是在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁波波長(zhǎng)：λ=c/ν，c=3×1010cm/s可見(jiàn)光：λ=0.4~0.76μm

(紫色~紅色）微粒性（量子學(xué)說(shuō)）光是一種具有一定能量的以光速運(yùn)動(dòng)的粒子流光子：具有一定能量的粒子光子的能量：E=hν，h—普朗克常數(shù)電磁波波普?qǐng)D10.1.2原子發(fā)光原理（1）原子的能級(jí)基態(tài)高能態(tài)(壽命短0.01μs)亞穩(wěn)態(tài)(壽命較長(zhǎng)的較高能級(jí))激發(fā)氫原子的能級(jí)

原子激發(fā)與發(fā)光過(guò)程10.1.2原子發(fā)光原理（2）躍遷躍遷時(shí)發(fā)光，光的頻率為ν=(En-E1)/h躍遷方式自發(fā)輻射（單色性差）受激輻射（產(chǎn)生激光）ν=(E2-E1)/h激發(fā)輻射10.1.3激光的特性（1）單色性好10.1.3激光的特性（2）方向性好10.1.3激光的特性（3）能量密度大10.1.3激光的特性（4）相干性好激光的特性普通光源激光光源亮度電燈：約470熙提太陽(yáng)：約1.65×105熙提紅寶石脈沖激光器，約3.7×1015熙提（輸出功率1000MW/cm2）方向性無(wú)確定方向、發(fā)散角大、難匯聚發(fā)散角可以小到0.1毫弧度（近似于平行光），光束會(huì)聚其焦點(diǎn)處光斑為10μm）單色性氪燈光源的譜線寬△λ=0.0047?激光的譜線寬一般小于10

-7?相干性氪燈光源的相干長(zhǎng)度L=78cm激光的相干長(zhǎng)度可達(dá)幾十公里10.1.4激光加工的特點(diǎn)功率密度大，可加工任何材料屬非接觸式加工，熱影響區(qū)小、無(wú)工具損耗、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化光斑大小和功率可調(diào)，可進(jìn)行微細(xì)加工重復(fù)精度不易保證（影響因素多）10.2激光加工設(shè)備10.2.1激光加工設(shè)備的組成激光器固體激光器氣體激光器液體激光器半導(dǎo)體激光器激光電源光學(xué)系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)10.2.2激光器的分類(lèi)種類(lèi)工作物質(zhì)波長(zhǎng)工作方式輸出功率應(yīng)用范圍固體激光器紅寶石0.694脈沖~20J打孔釹玻璃1.06脈沖~90J打孔摻釹釔石榴石，YAG1.06脈沖/連續(xù)~100KW/~150J打孔、切割、焊接氣體激光器He-Ne0.63連續(xù)~1mW測(cè)量、顯示Ar0.51連續(xù)~25W打孔、測(cè)量CO210.6脈沖/連續(xù)40KW打孔、切割、焊接、熱處理準(zhǔn)分子激光0.15~0.35脈沖~90mJ科研、醫(yī)學(xué)、加工半導(dǎo)體激光器GaAs0.6~1.6脈沖/連續(xù)50mW通訊、計(jì)算機(jī)液體激光器染料激光器0.4~0.7脈沖100J分光、檢測(cè)10.2.3固體激光器固體激光器聚光器

激光器工作原理10.3激光加工的應(yīng)用激光打孔技術(shù)激光切割技術(shù)激光焊接技術(shù)激光合金化技術(shù)激光表面改性技術(shù)激光標(biāo)記技術(shù)10.3.1激光打孔技術(shù)

(LaserDrilling)10.3.1.1影響激光打孔的因素（1）輸出功率與照射時(shí)間照射時(shí)間過(guò)長(zhǎng)→散熱面大，損失能量照射時(shí)間過(guò)短→工件材料氣化，損失能量焦距與發(fā)散角發(fā)散角小、焦距短→光斑小，功率密度大工件材料熱學(xué)常數(shù)高→難加工10.3.1.1影響激光打孔的因素（2）焦點(diǎn)的位置10.3.1.1影響激光打孔的因素（3）光斑內(nèi)的能量分布10.3.1.1影響激光打孔的因素（4）激光的多次照射10.3.1.2激光打孔實(shí)例10.3.2激光切割技術(shù)

(LaserCutting)激光切割原理汽化切割熔化切割氧助熔化切割控制斷裂切割10.3.2.1汽化切割原理過(guò)程大功率密度(108w/cm3)照射→直接汽化→迅速排除加工對(duì)象

木材、塑料等10.3.2.2熔化切割原理過(guò)程 照射→熔化

→被輔助氣體（惰性氣體）吹走（功率密度107w/cm3)加工對(duì)象

鋁等不氧產(chǎn)生熱反應(yīng)的金屬10.3.2.3氧助熔化切割原理過(guò)程照射→達(dá)到金屬燃點(diǎn)

→與氧產(chǎn)生燃燒反應(yīng)→產(chǎn)生熱量（60%為反應(yīng)熱）

→熔化→被輔助氣體（氧氣）吹走（功率密度5×106w/cm3)加工對(duì)象

鋼、鈦等金屬10.3.2.4控制斷裂切割原理過(guò)程小功率密度照射→局部熱變形→局部形成裂縫→斷裂加工對(duì)象

脆性材料10.3.2.5激光切割樣件10.3.3激光焊接技術(shù)（1）

(LaserWelding)

激光焊接原理10.3.3激光焊接技術(shù)（2）10.3.4激光合金化技術(shù)

(LaserAlloyingtechnology)10.3.5激光表面改性技術(shù)

(LaserSurfaceModificationtechnology)10.3.6激光標(biāo)記技術(shù)

（Lasermarkingtechnology)10.3.6激光標(biāo)記技術(shù)掩模式標(biāo)記法10.3.6激光標(biāo)記技術(shù)線性掃描式標(biāo)記法10.3.6激光標(biāo)記技術(shù)激光打印式標(biāo)記法10.4激光加工新技術(shù)板材激光彎曲加工技術(shù)激光燒結(jié)快速成形技術(shù)分層實(shí)體制造技術(shù)10.4.1板材激光成型技術(shù)（1）

(Laserbendingofmetersheets)10.4.1板材激光成型技術(shù)（2）10.4.2激光粉末燒結(jié)技術(shù)(1)

（lasersintering)創(chuàng)建CAD模型軟件分層或離散化分層制造逐層制造直至完成最終零件必要的后處理取出零件10.4.2激光粉末燒結(jié)技術(shù)(2)

（lasersintering)10