激光的特种加工方法讲解

激光的特种加工方法 姓名 班级 学号 摘要 激光是20世纪以来 继原子能 计算机 半导体之后 人类的又一重大发明 被称为 最快的刀 最准的尺 最亮的光 和 奇异的激光 它的亮度为太阳光的100亿倍 它的原理早在 1916 年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现 但直到 1960 年激光才被首次成功制造 激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运 而生的 它一问世 就获得了异乎寻常的飞快发展 激光的发展不仅使古老的光学科 学和光学技术获得了新生 而且导致整个一门新兴产业的出现 激光可使人们有效 地利用前所未有的先进方法和手段 去获得空前的效益和成果 从而促进了生产力 的发展 其中激光技术的特种加工就是其中的一个亮点 加快了现代加工业的发展 1 激光 1 1激光的产生 处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级 他指出当频率为 E2 E1 h的光子入射时 也会引发粒子以一定的概率 迅速地从能级E2跃迁到能级E1 同时辐射一个与外来光子频率 相位 偏振态以及传播方向都相同的光子 这个过程 称为受机辐射 可以设想 如果大量原子处在高能级E2上 当有一个频率 E2 E1 h的光子入射 从而激励E2上的原子产生受激辐射 得到两个特征完全相同的光 子 这两个光子再激励E2能级上原子 又使其产生受激辐射 可得到四个特征相同 的光子 这意味着原来的光信号被放大 了 这种在受激辐射过程中产生并被放大的光就是激光 1 2激光的特点 一 定向发光 激光器发射的激光 天生就是朝一个方向射出 光束的发散度极小 大约只有0 001弧度 接近平行 二 亮度极高 在激光发明前 人工光源中高压脉冲的亮度最高 与太阳的亮度不相上下 而红 宝石激光器的激光亮度 能超过氙灯的几百亿倍 因为激光的亮度极高 所以能够照 亮远距离的物体 三 颜色极纯 光辐射的波长分布区间越窄 单色性越好 而激光器输出的光 波长分 布范围非常窄 因此颜色极纯 以输出红光的氦氖激光器为例 其光的波长分 布范围可以窄到2 10 9纳米 由此可见 激光器的单色性远远超过任何一种 单色光源 四 能量密度极大 光子的能量是用E hv来计算的 其中h 为普朗克常量 v 为频率 由此 可知 频率越高 能量越高 激光能量并不算很大 但是它的能量密度很大 因 为它的作用范围很小 一般只有一个点 短时间里聚集起大量的能量 做武器 也就可以理解了 2 激光特种加工技术的应用 2 1激光熔覆焊 表面耐磨 新钢种的应用并非没有遇到困难 例如 如何在热成型过程中通过加压淬火达 到高强甚至超高强的特性 在奥地利格拉茨技术大学的工具及成型学院进行的 Cool Tool 项目 正好提出了这个问题 这个解决方案包括用于回火成型过程 的工具系统 通过改进技术使加压淬火的硼合金钢更加经济 冷却通道是通过 管道 网络最终到达工具 优化了冷却和加热的性能 从而缩短了加工周期 用球墨铸铁制造的工具很经济 而且容易进行再加工 其中存在的一个问题是 表面 强度和耐磨性比较低 这使得有必要采用一种高强的表面来承受高载荷 例如 采用 焊接技术 激光粉末熔覆焊是一种由项目合作伙伴 德国通快激光及激光系统有 限公司使用的专业加工工艺 也就是通常所说的直接金属熔覆 在这种工艺中 粉 末冶金材料与激光束同轴喷洒在未预热母材的构件表面形成的熔池上 冶金粉 末与 母材金属结合 形成一种高强适合机械承载的冶金化合物 与常规焊接工艺相比 激光熔覆焊具有很重要的优势 即很低的热效应 不仅如 此 在最小化母材上的热影响区 硬度会增加 裂纹几乎不可见 其他积极的方面还 包 括表层硬度分散率低和良好的摩擦系数 同时 母材没有明显变形 残余应力使 裂 纹不容易形成 此外 激光熔覆技术能够通过自动化手段达到再加工工艺的效 果 2 2 激光快速成型 将激光加工技术和计算机数控技术及柔性制造技术相结合而形成 多用于模具 和 模型行业 目前使用的激光器多以YAG 激光器 CO2激光器为主 2 3激光焊接 产能更高 适应性更强 更加经济 通过激光切割的高强钢能够用激光进行焊接 虽然它对焊接零件的尺寸公差要 求 很高 激光器的先期投资成本也较高 但激光焊接能够使焊接效率和焊接质量 更高 就激光切割而言 低热输入是激光切割中一个非常重要的特点 因为一些合金 的高强 特性会由于热效应而导致性能降低 激光焊接同样是一种变形很小的高质量焊 接 能 够达到很高的精度 另外 激光焊接相比电阻点焊能够减小焊缝宽度 激光扫描焊接提供了更高的生产率 适应性和经济效果 它特别适用于一个构件要 求多道短的搭接焊 这种方式也被称为远程焊接 这种高动态焊接技术通过扫描振 镜引导激光束到工件进行焊接 移动工件或者焊接头的时间变得很短 在这种条件 下 一套激光扫描焊接系统能取代几台传统的焊接站 采用激光扫描焊接工艺可以 实现任何焊接曲线 使车身结构具有更大的灵活性 并且可以根据特殊的焊接强度 进行定制 2 4激光涂敷 在航空航天 模具及机电行业应用广泛 目前使用的激光器多以大功率YAG 激光器 CO2激光器为主 2 5激光切割技术 加工高强钢最经济的技术 毛边是高强钢加工过程中遇到的另一个问题 激光切割适合这种加工 3D 激光切割尤其适合这种已经成型的金属薄板 如果钢的强度达到1500MPa 就只能采用激光切割技术才能实现 没有其他更经济的方法可以选择 在这种情况 下 投资昂贵的冲击和切割工具没有必要 由于材料的超硬性 这些工具的使用寿命 会很短 激光切割的优点还包括设置时间短 对不同工件和外形具有很好的适应性 2 5激光打孔 激光打孔主要应用在航空航天 汽车制造 电子仪表 化工等行业 激光打孔的 迅速发展 主要体现在打孔用YAG 激光器的平均输出功率已由5年前的400w 提高到了800w 至1000w 国内目前比较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和天然金刚石拉丝模的生产 及钟表和仪表的宝石轴承 飞机叶片 多层印刷电路板等行业的生产中 目前使用的 激光器多以YAG 激光器 CO2激光器为主 也有一些准分子激光器 同位素激光器和半导体泵浦激光 器 2 6激光切割 汽车行业 计算机 电气机壳 木刀模业 各种金属零件和特殊材料的切割 圆 形锯片 压克力 弹簧垫片 2mm 以下的电子机件用铜板 一些金属网板 钢管 镀锡铁板 镀亚铅钢板 磷青铜 电木 板 薄铝合金 石英玻璃 硅橡胶 1mm 以下氧化铝陶瓷片 航天工业使用的钛合金等等 使用激光器有YAG 激光器和CO2激光器 2 7激光热处理 在汽车工业中应用广泛 如缸套 曲轴 活塞环 换向器 齿轮等零部件的热处 理 同时在航空航