不同激光器对不同材料的作用.ppt

第一组,张*,张*,张*,尹*,组员：,不同激光设备对不同材料的加工工艺,激光器的分类,1、CO2气体激光器,3、光纤激光器,4、半导体激光器,2、YAG固体激光器,材料的划分,金属材料,1、结构钢,2、不锈钢,非金属材料,3、铝,4、钛,1、合成材料,2、有机物,3、陶瓷,一、CO2碳激光器,CO2激光器，可称“隐身人”，因为它发出的激光波长为10.6m，“身”处红外区，肉眼不能觉察，它的工作方式有连续、脉冲两种。连续方式产生的激光功率可达20千瓦以上。脉冲方式产生波长10.6m的激光也是最强大的一种激光。最普通的CO2激光器是一支长1米左右的放电管。它产生的激光是看不见的，在砖上足以把砖头烧到发出耀眼的白光。二氧化碳激光于1964年首次运用其波长为10.6m。,简介：,1、CO2激光器对非金属材料的加工将CO2激光束透过一个光罩，用镂空的铜模罩住要雕刻的非金属材料，然后用CO2激光束在铜模上作快速扫瞄，即可在该材料上雕刻出复杂的图案。雕刻对象一般为木材、皮革和纸张等，另外也可以应用到雕刻特有的手工艺品，如竹片雕刻、软木浮雕等。也有少数150瓦左右的CO2激光直接作皮衣、皮件等生产用。输出200瓦以下的CO2激光器在一些非金属薄材料切割方面绰绰有余，如建筑业的压克力模型制作，结婚相簿封面的硬版图样，其特点是是小而复杂，但均可以CO2激光来作裁切。云母薄板的裁切防弹衣内纤维布的裁切，还有其它一些特殊材料如：FRP、ABS、特弗龙、石棉和橡胶等的裁切，国外都有采用激光加工的先例，只是需要特别注意切割时所产生气体的排放问题。,2、CO2激光器对金属材料的加工激光无法透过金属材料，部分能量会被吸收和反射掉。金属吸收二氧化碳激光的能力较弱，激光波长越小，吸收率越高，能量传递效率也越高。尽管金属对二氧化碳激光的吸收较少，但只要能量密度很大，二氧化碳激光仍可有效用于金属的焊接和切割。比如计算机机壳的钣金切割，以及各种机器控制箱和机壳的钣金切割是最主要的加工对象。尤其是一些产品产量不多，形状复杂，产品生命周期不长，开模划不来的钣金切割最多，如：电动玩具机壳、自动贩卖机机壳、配电盘等。大于1600瓦的高功率CO2激光，主要被应用在金属焊接和表面处理上，在工业先进国家已逐渐被国防、汽车和航天工业里一些特殊领域所采用。但早期高功率激光的价位比较高，加上这一方面的技术养成训练有限，所以除了国防上、一些大学和研究单位有这一方面的应用外，民用工业较少引进此类高功率CO2激光。,3、CO2激光器对合金材料的加工镁合金具有密度较低、强度较高、导热性良好以及可回收等诸多优点，被称为轻量化结构用绿色工程材料，在汽车、航空、电子通讯等领域有着广泛的应用前景。激光焊接镁合金有很多优点，如焊接速良快，热输入较小，焊缝以及热影响区较窄，焊缝组织细小以及焊接变形小等，因此激光焊接镁合金得到广泛的关注。,二、YAG激光器,YAG激光的波长是CO2激光波长的1/10，所以一般材料对YAG激光的吸收率高于对CO2激光的吸收率。但是这种吸收率的差异在激光切割机加工中，只在初始激光作用的瞬间起作用，随着材料状态的改变，吸收率有很大的不同。,1、YAG激光器对金属材料的加工工艺,如图实验结果可知，雕刻效率随激光输出功率密度的升高而提高，但需要注意的是,功率密度的进一步增加对效率提高的程度并不是非常明显。,(1)不同功率密度,从实验结果可见，脉宽对雕刻效率以及质量的影响都很小，脉宽主要在高功率密度加工需要考虑对材料的散热时起作用。,(2)不同脉宽,试验证明，脉冲频率为3kHz时，材料能在较少时间内被雕刻穿透。对照雕刻点图片分析的情况可发现,随着脉冲频率增加,雕刻点之间的距离变小，但与此同时雕刻点变浅。因此单纯考虑雕刻质量时,脉冲频率增加有利雕刻出精细的线条。,(3)不同脉冲频率,2、YAG激光器对合金材料的加工工艺,熔化极和非熔化极氨弧焊是钦合金板材传统的焊接方法，已具备成熟的焊接工艺，但氢弧焊对于钦合金超薄板材(板厚50.3mm)的焊接，熔宽与焊缝成形仍不理想。激光焊接具有能量集中、热输入量小、焊缝成形好、还有激光焊接“净化效应”等显著优越性，非常适合焊接钦合金薄板。YAG脉冲激光焊接金属时，由于光辐射的高峰值功率、间断作用等特性，作用过程显出动态变化的特点，并且焊接工艺控制因素较多，要获得稳定的焊接质量就必须对工艺规范严格控制。,3、YAG激光器对非金属材料的加工工艺,对于很硬的材料，像天然或人造金刚石陶瓷、铁氧体等也需要很精确的打孔和成形。然而，很高的硬度，有时加之又很脆，使加工既费时又艰难。实践证明YAG激光器对这类加工有很大帮助。加工这种金刚石时，YAG激光器具有很大的优越性，而且使一些新的加工技术有了可能。使用激光辐射强度达一定时发生金刚石的石墨化。这样制作的石墨增加了对激光辐射的吸收，温度升高，使石墨燃烧或汽化。对加工透明材料，从底面开始比在面对激光福射的一面容易得多(从底边开始的切割宽度要比通常加工的宽度小）,三、YAG激光器和CO2激光器的对比,1、YAG激光切割机具有价格低、稳定性好的特点，但能量效率低，一般3%，当前YAG激光切割机的输出功率诸多在600w左右，由于输出能量小，主要用于打孔和点焊及薄板的切割。YAG激光切割机激光器的波长不易被非金属汲取，故不能切割非金属材料。YAG激光切割机面市时间已经比较长，但也是存在不少缺点，例如:功耗大、切割速度慢、切割效果差，且故障率比较高、耗材使用寿命短，后期高额的维护费用成为其发展的阻碍。2、CO2激光切割机现在市面上在售的，由于光电转化率较低多用于金属薄板的切割，极少有厂家生产大功率CO2激光切割机。但是CO2激光器的波长为10.6m，相对容易被非金属吸收，可以高品质地切割木材、亚克力、pp、有机玻璃等非金属材料。多数厂家生产150W左右的CO2激光切割机用于金属与非金属的混合切割，主要面向广告行业销售。,3、YAG脉冲激光与CO2连续激光相比，由于