《激光焊機(jī)器人操作及應(yīng)用》課件 1、激光原理、2、激光器種類及激光焊接工藝簡介

激光原理及操作安全

激光原理激光（Laser）一詞是受激輻射光放大（LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation）的縮寫。1960年，美國物理學(xué)家梅曼（Maiman）在實(shí)驗(yàn)室中做成了第一臺紅寶石激光器。從此以后，激光技術(shù)得到了迅速發(fā)展，引起了科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的巨大變化。激光的基本原理原子吸收

hν=E2-E1

圖1原子吸收示意圖E1E2E1E2hv激光的基本原理自發(fā)輻射處于高能態(tài)的原子是不穩(wěn)定的。它們在激發(fā)態(tài)停留的時間非常短（數(shù)量級約為10-8s），之后，會自發(fā)地返回基態(tài)去，同時放出一個光子。這種自發(fā)地從激發(fā)態(tài)躍遷至較低的能態(tài)而放出光子的過程，叫做自發(fā)輻射。圖2自發(fā)輻射激光的基本原理受激輻射圖2受激輻射示意圖E1E2E1E2圖3光放大示意圖hv輸入hvhvhvhvhvhv輸出hvhvhvhv激光的基本原理粒子數(shù)反轉(zhuǎn)處于高能級上的粒子數(shù)多于低能級上粒子數(shù)時的一種非熱力學(xué)現(xiàn)象。玻爾茲曼分布：對于大多數(shù)原子來說，兩能級之差En‘-En~1eV，而常溫下，

K

T=1.38

10-23

300~0.025eV

代入上式可得： 即：Nn'<<Nn激光諧振腔光學(xué)諧振腔

（a）圖5諧振腔結(jié)構(gòu)M1100%M298%L（b）激光諧振腔G1*G2=(1-d2/f-b/R1)*(1-d1/f-b/R2)其中，f：棒的熱焦距d1：棒中心到半反的距離d2：棒中心到全反的距離R1：全反曲率半徑R2：半反曲率半徑b=d1+d2-d1d2/f穩(wěn)定腔:0<G1*G2<1介穩(wěn)腔:G1*G2=1或G1*G2=0非穩(wěn)腔:G1*G2<0或G1*G2>1激光諧振腔

無介質(zhì)時，上式可簡化為G1*G2=(1-L/R1)*(1-L/R2)L：諧振腔的長度R1：全反曲率半徑R2：半反曲率半徑

要達(dá)到0<G1*G2<1，可見當(dāng)R為凹鏡且曲率半徑大于L時，此諧振腔為穩(wěn)定腔。我們實(shí)際生產(chǎn)的焊接機(jī)的諧振腔全都是穩(wěn)定腔。產(chǎn)生激光的必要條件（1）選擇具有適當(dāng)能級結(jié)構(gòu)的工作物質(zhì)，在工作物質(zhì)中能形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，為受激輻射的發(fā)生創(chuàng)造條件；（2）選擇一個適當(dāng)結(jié)構(gòu)的光學(xué)諧振腔。對所產(chǎn)生受激輻射光束的方向、頻率等加以選擇，從而產(chǎn)生單向性、單色性、強(qiáng)度等極高的激光束；（3）外部的工作環(huán)境必須滿足一定的閾值條件，以促成激光的產(chǎn)生。激光的特性單向性極好單色性極強(qiáng)高亮度相干性好激光器簡介工作物質(zhì)的性質(zhì)分類，大體可以分為氣體激光器、固體激光器、液體激光器；按工作方式區(qū)分，又可分為連續(xù)型和脈沖型等。時間分光：指通過不同的控制部分在不同的時間內(nèi)給同一臺焊接機(jī)控制信號，以達(dá)到實(shí)時焊接的功能，同一時間只有一個激光頭出光。能量分光：指通過同一個控制部分在相同的時間內(nèi)給同一臺焊接機(jī)控制信號，以達(dá)到即時焊接的功能（多個激光頭同時焊接）。Nd：YAG激光棒

Nd：YAG（摻釹的釔鋁石榴石）是目前最常用的一類固體激光器。YAG是一種立方結(jié)構(gòu)晶體，質(zhì)地很硬、光學(xué)質(zhì)量好、熱導(dǎo)率高。用三價釹代替了晶體中部分的三價釔，因此稱為摻釹的釔鋁石榴石。泵浦燈

氙燈為惰性氣體放電燈，我們使用的燈的形狀多為直管形。其結(jié)構(gòu)一般都是由電極、燈管和充入的氙（Xe）氣體組成。電極是用高熔點(diǎn)、高電子發(fā)射率，又不易濺射的金屬材料制成。燈管用機(jī)械強(qiáng)度高、耐高溫、透光性好的石英玻璃制成。燈管內(nèi)充入氙氣。光纖傳輸光纖損耗典型值為<5dB/km，我們中心通用的5m光纖損耗只有6‰。光纖端面由于菲涅爾反射每個端面會損耗約4％。處理光纖時，不能觸摸光纖端面，保證其端面的潔凈和避免劃痕。處理光纖時，注意光纖的最小彎曲半徑。600微米光纖的彎曲半徑為150mm,400微米光纖的彎曲半徑為100mm。光纖傳輸光路操作時注意事項(xiàng)

·光學(xué)元件的膜層容易受到灰塵的污染，盡量避免光學(xué)元件暴露在空氣中。·如果激光打在附近的目標(biāo)上時，避免煙霧接觸到光學(xué)底座上的光學(xué)元件。應(yīng)避免在附近產(chǎn)生煙霧?！げ灰檬纸佑|到光學(xué)元件的表面，如必要，必須帶上薄膜指套?！す鈱W(xué)元件如需擦拭，應(yīng)使用高純度的無水乙醇和光學(xué)擦鏡紙。·拿鏡片和透鏡時，應(yīng)只接觸它的邊緣。光路操作時注意事項(xiàng)·在移動鏡片或透鏡前，請注意觀察鏡片或透鏡的安裝方向?！ず附踊蛘{(diào)光時應(yīng)帶上防護(hù)眼鏡，避免直視激光。·避免眼睛處于激光光路上，如果必須，必須斷電?！け苊庋劬Τ霈F(xiàn)在二極管激光的光路上?！る療魞?nèi)有正氣壓，接觸氙燈時應(yīng)帶上安全眼鏡?！嚯姾笮璧群?5分鐘，讓電容完全放電，才能對激光諧振腔進(jìn)行操作。安全接收過度激光輻射的危害：對于1.064um的激光，眼睛癥狀為白內(nèi)障、視網(wǎng)膜燒傷；皮膚癥狀是燒傷。

END激光器種類及激光焊接工藝簡介

激光焊接工藝簡介激光器的分類及他社激光器的簡介激光的產(chǎn)生原理及激光器的主要組成

目錄

激光焊接工藝簡介激光器的分類及他社激光器的簡介激光的產(chǎn)生原理及激光器的主要組成

目錄

激光的產(chǎn)生原理激光的產(chǎn)生條件：1、要有符合一定條件的能量源2、工作物質(zhì)具有合適的能級結(jié)構(gòu)和躍遷特性Laser（LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation）的中文翻譯為：受激輻射的光放大，簡稱激光。激光的理論基礎(chǔ)起源于大物理學(xué)家愛因斯坦，1916年愛因斯坦提出了一套全新的技術(shù)理論—光與物質(zhì)相互作用。E：能量源基態(tài)激勵發(fā)生躍遷基態(tài)光

激光器的工作原理全反射鏡部分反射鏡激光束激勵源能量激光介質(zhì)把一段長度的工作物質(zhì)放在兩個互相平行的反射鏡（其中至少有一個是部分透射的）構(gòu)成的光學(xué)諧振腔中，處于高能級的粒子會產(chǎn)生各種方向的自發(fā)發(fā)射。其中，非軸向傳播的光很快逸出諧振腔外；而軸向傳播的光卻能在腔內(nèi)往返傳播，當(dāng)它在激光物質(zhì)中傳播時，光強(qiáng)不斷增長。能量激勵態(tài)基態(tài)受激吸收高能級穩(wěn)定自發(fā)輻射受激輻射光諧振腔全反射鏡部分反射鏡主要組成硬件：1、工作物質(zhì)具有合適的能級結(jié)構(gòu)和躍遷特性2、諧振腔3、足夠的外部電場

激光的特點(diǎn)1、單波長

激光為單一波長、高亮度的光波長波長光強(qiáng)度光強(qiáng)度普通光激光2、方向性好

與向四面八方輻照的普通光源發(fā)出的光相比，

激光輻照范圍小，指向性好普通光激光3、相干光

激光是波長與時間重疊（相位一致）光的集合。

普通光激光4、能量集中性好通常的光太陽光透鏡紙激光透鏡金屬激光能量密度較高，在107W/cm2,能夠瞬間融化金屬太陽光基本上是平行照射下來的，即便是用透鏡對太陽光進(jìn)行聚光，也不會熔化金屬

激光焊接工藝簡介激光器的分類及他社激光器的簡介激光的產(chǎn)生原理及激光器的主要組成

目錄

激光器的分類—按工作物質(zhì)分類固體激光器氣體激光器半導(dǎo)體激光器紅寶石激光器ND:YAG棒狀激光器Yb:YAG激光器光纖激光器DISK激光器CO2激光器氫激光器氦氖激光器氮?dú)饧す馄鳉咫x子激光器氪離子激光器】激勵源激光激勵源激光激光激勵源激勵源激光

激光器的分類—按激勵方式分類

光泵式激光器電激勵式激光器化學(xué)激光器指以光泵方式激勵的激光器，包括幾乎是全部的固體激光器和液體激光器，以及少數(shù)氣體激光器和半導(dǎo)體激光器。大部分氣體激光器均是采用氣體放電（直流放電、交流放電、脈沖放電、電子束注入）方式進(jìn)行激勵，而一般常見的半導(dǎo)體激光器多是采用結(jié)電流注入方式進(jìn)行激勵，某些半導(dǎo)體激光器亦可采用高能電子束注入方式激勵。這是專門指利用化學(xué)反應(yīng)釋放的能量對工作物質(zhì)進(jìn)行激勵的激光器，反希望產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)可分別采用光照引發(fā)、放電引發(fā)、化學(xué)引發(fā)。

激光器的分類—按運(yùn)轉(zhuǎn)方式分類

連續(xù)激光器單脈沖激光器脈沖激光器

輸出的激光可以在一段較長的時間范圍內(nèi)以連續(xù)方式持續(xù)進(jìn)行。

a、連續(xù)光源激勵的固體激光器b、連續(xù)電激勵方的氣體激光器c、半導(dǎo)體激光器冷卻的要求：由于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中往往不可避免地產(chǎn)生器件的過熱效應(yīng)，因此多數(shù)需采取適當(dāng)?shù)睦鋮s措施。輸出的激光從時間上來說是一個單次脈沖過程。a、一般的固體激光器b、某些特殊的氣體激光器冷卻的要求：由于器件的熱效應(yīng)可以忽略，故可以不采取特殊的冷卻措施。輸出的激光可以一重復(fù)脈沖的方式激勵或以連續(xù)的方式進(jìn)行激勵但以一定方式調(diào)制激光振蕩過程,以獲得重復(fù)脈沖激光輸出,a、大功率脈沖固體激光器冷卻的要求：對冷卻的要求程度和連續(xù)激光器一樣高他社激光器介紹—TRUMPF（通快）TruPulse21TruPulse106TruPulse556TruDisk1000TruDisk3001TruDisk6001TruDisk16003CO2激光器通快激光器固體激光器碟形激光器CO2激光器TruFlow700TruFlow1200TruFlow5000TruFlow10000TruFlow20000脈沖激光器他社激光器介紹—IPG（阿帕奇）美國IPG公司產(chǎn)值和產(chǎn)品數(shù)量均占世界光纖激光市場的85%以上，是唯一能提供各類光纖激光器，包括低、中、高功率脈沖和連續(xù)激光器的廠商，也是唯一能提供5萬瓦多模、5千瓦單模工業(yè)光纖激光器及綠色光纖激光器的廠商。

他社激光器介紹—Rofin(羅芬)德國Rofin公司是世界上主要的CO2激光器生產(chǎn)廠家，他們公司生產(chǎn)的激光器在中國大多用于切割和3D打印行業(yè)。去年Rofin開發(fā)出了兩款輸出功率達(dá)6千瓦的激光器，分別是CO2板條激光器DC060以及光纖激光器FL060，功率級別的增加極大地?cái)U(kuò)展了其在工業(yè)激光切割市場范圍。DC060FL060他社激光器介紹—Laserline德國Laserline公司是世界上主要的半導(dǎo)體激光器生產(chǎn)廠家，他們公