激光加工技术与应用2.ppt

各种激光加工形式对激光功率和光束质量要求 激光焊接技术 激光热导焊和深熔焊 激光填丝焊接 激光电弧复合焊接 激光钎焊 激光焊接的主要参数 焊接速度 焊缝深度与激光功率关系 焊接速度 焊缝深度与焦距关系 焊接速度 焊缝深度与光束偏振方向关系 焊接深度 焊接速度 偏振方向 焦点半径 焊接速度对焊缝截面影响 r1 r2 焦点半径v1 v2 焊接速度 激光焊接基本接头形式 激光焊接应用 汽车制造 汽车制造业发展趋势 汽车轻量化途径 激光焊在汽车制造中应用形式 激光拼焊 Tailoredblanklaserwelding 激光拼焊 优点 车身轻量化 省油 节能 强度整体优化 安全设计 少用加强筋 简化设计 制造过程 降低成本 激光拼焊工艺特点 高功率密度 焊接速度高 焊缝窄 焊缝强度高 压制性能好 热影响区小 喷涂能力好 焊接变形小 拼板平整度好 材料 镀锌钢板厚度 1 8 2 3mm激光功率 3 2kW焊接速度 3 7m min YAG激光拼焊系统 镀锌板激光焊接 JeepLiberty车尾激光点焊 镀锌板YAG激光焊接 镀锌板YAG激光焊接头和板厚组合 镀锌板激光焊接工艺特点 焊接速度快 效率高 质量好 强度大通过光纤传输由机器人焊接 柔性好镀锌层的汽化对激光焊接过程影响极大不同的板厚组合影响焊缝质量的评定多层板之间的间隙对焊缝质量影响很大三层板比两层板焊接难度大激光功率 焊接速度 离焦量之间的匹配必须合适车顶连续焊缝对激光的对中要求高 镀锌层汽化影响焊缝解决途径 镀锌板激光填丝钎焊 可采用冷丝或热丝送入激光束加热区 局部热输入 激光束仅仅熔化钎焊焊丝母材热输入低 变形小 不会伤及镀锌层焊缝表面质量高 激光填丝钎焊试样 激光钎焊汽车部件 1 5kWLDsystem brazingspeed 1 0m min wirefeedrate 1 5m minmaterial Zncoatedsteel wirematerial CuSi3 上海大众汽车Passat激光钎焊 影响激光钎焊的主要因素 汽车传动零部件激光焊接 汽车传动零部件激光焊接 用激光可以焊接一些要求强度高 变形小 用传统方法无法焊接的特种材料的汽车零部件 激光快速扫描焊接 扫描技术可加速激光焊接过程 反光镜直接引导激光束达到焊接点 高速动态性能 扫描速度可达 700m min 无接触加工过程 焦距 0 5to1 5m 精度 0 2mm 可高速点焊 缝焊 叠焊 对接焊 角焊和搭接焊 激光快速扫描焊接 激光扫描焊接系统 光纤传导激光扫描焊接系统 CO2激光扫描焊接系统 铝合金车身激光焊 一台激光焊接机器人可代替3 4台电阻焊机器人最新式点焊机器人每分钟完成20个焊点 一个焊点相当于25 4mm长焊缝 激光焊机每分钟可完成5080mm长的焊缝 相当于200个点焊焊点 塑料激光焊接 汽车灯罩的激光焊接 激光加工应用 钢铁生产 激光焊接在钢铁生产中的应用 轧辊激光堆焊或激光熔覆 连续冷轧钢带的激光在线焊接 导电辊哈氏合金筒体激光焊接 导电辊用于汽车钢板生产中的镀锌工艺过程 辊子浸于镀锌液 并通以电流 对辊面有很高的耐蚀要求 所以辊面采用耐腐蚀性能优异的C 22哈氏合金 哈氏合金激光焊接试验 哈氏合金C 22典型激光焊接接头 焊态组织 1000 60Min固溶处理后组织 1050 70Min固溶处理后组织 1125 50Min固溶处理后组织 哈氏合金导电辊制造过程 激光加工应用 船舶制造 船舶制造高功率激光焊接 ChinLas项目 高功率激光焊接特点 焊缝深窄 深宽比高 10 1 焊接速度快 热输入低 焊缝热影响区窄 焊接变形小 焊缝质量好 特别是韧性好 改进采用激光复合焊可降低间隙要求 可用于各类工业制造 造船采用高功率激光焊接的优点 焊接生产率大大提高 这是由于 激光焊接速度快 激光焊接熔深大 可单道焊或减少焊道数 焊后矫形工作量大大减少 船坞焊接工作量大大减少 船舶的精度制造成为可能 一些特殊结构 如三明治结构焊接成为可能 有利于结构优化设计 减轻结构重量 有利于船舶的模块化设计制造 三明治船板激光复合焊 三明治结构板激光焊接形式 激光焊枪及其夹具 8mmSUS304板激光焊接接头 厚板激光复合焊接头 14mmCCS A9 5kWlaser 1 5m minspeed 16mmCCS B13 5kWlaser 1 5m minspeed 激光加工应用 航空航天 飞机零部件的激光冲击强化 利用强激光束产生的等离子冲击波 提高金属材料的抗疲劳 耐磨损和抗腐蚀能力的一种高新技术 可在不增加零部件质量的前提下 大幅提高零部件的强度和抗疲劳能力 从而能够大大增强战机的寿命并降低维修成本 与现有的冷挤压 喷丸等金融材料表面强化手段相比 具有非接触 无热影响区 可控性强以及强化效果显著等突出优点 激光冲击强化技术在美国航空装备制造与维修以及其他装备制造业正得到广泛的应用 飞机发动机叶片激光打孔 火箭燃料箱激光焊接 空客380铝合金壳体的激光焊接 飞机铝合金箱体零部件激光焊接 AircraftBatteryBox 激光加工发展前景 激光所具有的特点为其在材料加工中的应用提供了广阔的发展前途 激光的空间和时间控制性很好 对加对象的材质 形状 尺寸和加工环境的自由度很大 特别适用于自动化加工 激光加工的发展趋势体现在以下几个方面 数控化和综合化小型化和组合化高频度和高可靠性 激光安全防护 气体电离 产生废气 激光辐射对生物组织危害 危害因素包括 光压效应 照射时间在纳秒和亚纳秒级时产生的效应 热效应 照射时间在100ms和数秒时产生的效应 光化学效应 照射时间超过100s时产生的效应 当生物组织的一部分吸收了足够的辐照能量时 其组织中分子的振动增加 从而造成这部分组织受热而损伤 同时热扩散可导致损伤面积和深度的增加 受损程度由照射光斑的大小 照射时间决定 另一方面 损伤效应也可能是特殊分子吸收了特定光子的直接结果 生物组织的损伤主要是由于蛋白质变性引起 不同功率激光对组织的损害方式 短脉冲 高峰值功率激光危害能量在极短的时间内释放到生物靶标上 靶标组织快速升温 致使组织细胞由液态变为气态 多数情况下这些相变极快 可使组织爆炸 细胞破裂 中等剂量激光长时间照射分子获得光子被激活而产生化学反应 从而造成不可恢复的损害 激光辐射对眼睛危害 激光对眼睛的危害性比皮肤严重得多 激光功率密度大 方向性好等特性是危害眼睛的主要原因 好的方向性使眼球的晶状体将射来的平行激光束 在视网膜上聚焦成很小的光斑 它还可能在长距离范围内造成危害 激光辐射对眼睛危害 平行激光束可以通过眼睛的晶状体聚焦成一个直径为10 20um的像点 若瞳孔充分扩张 让整个激光束进入 那么即使几毫瓦的激光功率 也会在视网膜上产生每平方厘米几千瓦的功率密度 这一量级的功率密度会严重损伤视网膜 对于最坏的情况 眼睛的焦距变得无限长 且瞳孔充分扩张 约0 7cm直径 眼睛晶状体上的功率密度与视网膜上的功率密度之比约为105 普通光源是发散的 亮度非常低 向所有方向发射 在视网膜上成像的功率密度较低 如当直视太阳时 160um直径的光束在视网膜上成像的辐射密度大约30W cm2 激光辐射对眼睛危害 激光对眼睛的危害取决于激光的波长 激光强度 照射时间 入射角度等 波长 远红外激光对眼睛的损害主要以角膜为主 紫外激光对眼的损伤主要是角膜和晶状体 过量光照引起病理效应一览表 激光危害分类 可达发射极限AEL AccessibIeEmissionLimit 在确定的危害类别内 允许激光器发射的最大辐射功率和能量 激光器根据其可达发射极限分为5类 1类激光产品 class1 无危险 不需进行危害控制的激光产品 0 39 W 2类激光产品 class2 低危险 低功率的可见光激光产品 1mW 3A类激光产品 class3A 低危险 中功率的激光产品 3B类激光产品 class3B 中等危险 中功率的激光产品 4类激光产品 class4 高危险 高功率的激光产品 材料激光加工多采用高危险 高功率 高能量的4类激光器 激光个人防护用品 1 激光防护眼镜2 激光防护面罩3 激光防护手套4 激光防护服 总结 激光因具有高能密度 高单色性 高方向性和高相干性等四大特点 特别适用于材料加工 是激光应用中最有发展前途的领域 激光加工以效率高 速度快 质量好等优点在材料加工和工业制造领域获得广泛应用 特别在汽车 造船