第六章 激光加工.ppt

第六章激光加工,为什么激光可以用于加工？,为什么激光可以用于加工？普通太阳光聚焦后可以点燃木材、纸张，但不能用于加工，原因是：1）地面上的太阳光的能量密度不高；2）太阳关不是单色光，聚焦后不在同一平面内激光可控的单色光，强度高，能量密度大，方向性好，相干性好可以在空气介质中高速加工各种材料,激光的产生,一、激光加工的原理1、材料对激光的吸收和能量转换激光入射到材料表面，一部分被材料吸收用于加工，另一部分能量被反射、透射等损失掉。存在若干能量转换机制，最终转换成热能。2、材料的加热熔化、气化首先引起材料的气化蚀除，然后再熔化蚀除加工一段时间后，圆坑的直径变化很小3、蚀除产物的抛出加工区域内的压力迅速增加，并产生爆炸冲击波，使金属蒸汽和熔融产物高速地从加工区域喷射出来。,二、激光的加工特点1、几乎可以加工任何材料2、适于自动化连续操作3、适合于精密细微加工4、可以在任意透明的环境中操作5、不受电磁干扰6、使用面广，可进行焊接、热处理、表面强化或涂敷等。,三、激光加工机的组成1、激光器把电能变为光能，产生激光束固体红宝石激光器；气体Co2激光器2、激光器电源为激光器提供所需要的能量及控制功能,3、光学系统聚焦和观察瞄准系统，后者能观察和调整激光束的焦点位置，并将加工位置显示在投影仪上。1）将激光束从激光器输出窗口引导至被加工工件表面2）指示加工部位，应用于工作在红外波段的激光器3）观察加工过程及加工零件4）光学系统的选用原则有较高的传输效率、光学系统和组成元件力求简单,4、机械系统主要包括床身、能在三坐标范围内移动的工作台及机电控制系统，激光加工中激光束与工件位置的控制，可采用以下三种方式1）工件移动，而激光头和光束制导装置固定不动2）激光头和光束制导装置移动，工件固定不动3）光束制导装置移动，激光头和工件不动,四、激光打孔1、打孔方式：复制法、轮廓迂回法打孔视频,2、主要影响因素1）输出功率和照射时间功率大、时间长，则能量多，加工的孔大而深，但热量损耗大，加工面积变大，加工精度也低2）焦距与发散角尽量减少激光的发散角，并可能采用短焦距加工，不过，焦距也不易过短。3）焦点位置焦点位置对孔的形状和深度有很大影响，一般焦点的位置应在工件的表面上或稍低于工件表面,4）光斑内的能量分布对打孔质量影响如果对孔的要求较高，就必须采取措施，提高激光器和光学系统的精度，使它能产生基模输出。,5）激光照射次数用激光照射一次，加工的深度大约是孔径的五倍左右，而且锥度较大如果用激光多次照射，其深度可以大大增加，锥度可以减小，而孔径几乎不变,6）工件材料不同材料吸收的光谱不同，需要根据材料选择激光器。而且工件材料的热学参数也对激光加工有较大影响。表面粗糙度对加工深度有影响，粗糙度值愈小，吸收率愈低,3、加工材料：主要用于特殊材料或特殊工件上的孔加工，如仪表的宝石轴承、陶瓷、玻璃、金刚石拉丝模等非金属材料和硬质合金、不锈钢等金属材料的微细孔的加工4、加工效率：非常高，打孔时间甚至可缩短至传统切削加工的百分之一以下5、尺寸精度等级可达IT7，表面粗糙度可达0.160.08,五、激光切割应用最广泛的激光加工技术1、特点与激光打孔差不多，只不过工件需要移动，即需要数控系统。激光切割具有切缝窄、速度快、热影响区小、省材料、成本低等优点。可以切割钢板、不锈钢、钛、镍等金属材料，以及布匹、木材、纸张等非金属材料。,激光切割视频,2、影响激光切割质量的因素1）激光功率激光功率增加，其切割速度和工件的切割厚度增加，但切割效率降低2）光束模式基模与多模3）焦点位置对熔深和熔池形状的影响较大4）辅助气体与金属产生放热化学反应，增加能量强度；从切割区吹掉熔渣；冷却切缝、保护聚焦透镜。5）切割速度速度过低：材料过烧、切口过宽和热影响区过大速度过高：挂渣或切不穿,六、激光淬火利用聚焦后的激光束照射到钢铁材料表面，使其温度迅速升高到相变点以上。当激光移开后，由于仍处于低温的内层材料的快速导热作用，使表层快速冷却到马氏体相变点以下，获得淬硬层,激光相变硬化与普通热处理的区别：加热冷却时间很短，能保证完成马氏体相变，且急冷可抑制碳化物的析出激光硬化层表面能产生一定的残余压应力不需要淬火剂可以对形状复杂的零件或零件的局部进行处理，也可根据需要，在同一零件的不同部位进行不同的处理工艺周期短，生产效率高，成本低，工艺过程易实现自动化,七、激光表面处理熔凝、合金化,1、熔凝得到细微的接近均匀的表层组织，比未处理的表面通常具有较高的抗磨损和抗腐蚀性能2、涂敷使基体表面上产生的极薄层的熔化同熔化的涂敷材料实现冶金结合，而涂层的化学成分基本上不变3、合金化将一种或多种合金元素与基材表面快速熔凝，在基材表面形成一层具有特殊性能的表面合金层。,八、激光焊接激光焊接所需能量密度较低，因不需将材料气化蚀除，而只要将工件的加工区烧熔使其粘合在一起。,优点：能量密度高，对高熔点、高热导率材料的焊接特别有利没有焊渣，不需去除工件氧化膜可实现不同材料之间的焊接特别适宜微型机械和精密焊接焊接系统具有高度的柔性，易于实现自动化激光可透过透明体进行焊接，以防杂质污染和腐蚀，适用于真空仪器元件的焊接,缺点：要求被焊件有高的装配精度，原始装配精度不能因焊接过程热变形而改变，且光斑应严格沿待焊缝隙扫描，不能