工程材料的激光加工

工程资料的激光加工资料学院资料成型及控制工程系2021秋冬学期主要内容一、激光加工技术简介及开展情况二、实验目的和要求三、实验原理四、实验设备五、实验内容与步骤六、实验本卷须知七、实验报告要求12/28/20232工程资料的激光加工一、激光加工技术简介及开展情况1、激光技术开展简史1960年:梅曼〔T.MAIMAN)第一台红宝石激光器;1961年:德诺凡(俄)第一台气体激光器(He-Ne);1962年:第一台半导体激光器;1964年:帕特尔(C.Patel)第一台CO2激光器;1965年:贝尔实验室第一台YAG激光器;1971年:第一台商用1kW的CO2激光器;1971~1980年:开展激光切割、焊接、外表处置等激光加工技术的研讨与开发。12/28/20233工程资料的激光加工2、工业激光器的市场分布激光器制造商：美国：PRCPRAMA德国：HAASTRUMPFROFIN-SINAR英国：LUMONICS日本：川崎重工东芝中国：武汉华工激光、武汉金石凯、沈阳大陆、武汉团结12/28/20234工程资料的激光加工3、激光加工特点〔1〕激光加工不需求工具，无工具损耗、改换等问题〔2〕工件无受力变形，易保证加工精度〔3〕几乎能加工一切的金属和非金属资料〔4〕加工速度快，效率高，热影响区小〔5〕能进展精细加工〔6〕可以透过惰性气体、空气或透明介质等进展加工12/28/20235工程资料的激光加工各种加工方法的运用比例激光加工技术运用12/28/20236工程资料的激光加工激光加工技术在汽车中的运用前往12/28/20237工程资料的激光加工二、实验目的和要求1、了解工程资料激光加工的根本原理和工艺过程；2、了解激光加工设备的根本组成；3、经过详细的板料激光加工〔切割、焊接等〕，使学生了解根本概念，工艺特点，以及在工业消费中的详细运用。前往12/28/20238工程资料的激光加工激光加工是一种利用光能进展加工的方法。激光是一种能量密度高、方向性强、单色性好的相关光。三、实验原理12/28/20239工程资料的激光加工经过光学系统将激光束聚焦成尺寸与光波波长相近的极小光斑，焦点处的能量密度可达107~1011W/cm2，温度可高达1万℃，从而使任何资料均在瞬时〔＜10－3s〕被急剧熔化乃至汽化。在不同的功率密度等条件下，资料外表区域发生各种不同的变化。这种变化包括温度升高、熔化、汽化、构成小孔等。熔化的金属在维护气体作用下结晶凝固构成焊缝；汽化后的金属蒸气在辅助气体的吹力作用下而分开被加工外表构成割缝或孔洞。假设加工过程中参与一定的粉末资料，使其和被加工工件外表部分资料熔合在一同，就可以得到高性能的熔覆层。12/28/202310工程资料的激光加工激光切割激光焊接激光外表处置激光雕刻激光打孔激光快速成型各种加工方法的适用范围12/28/202311工程资料的激光加工〔1〕激光焊接激光束焊接是以聚集的激光束作为能源的特种熔化焊接方法。激光束经聚焦后，能量更为集中，能量密度可达105~107W/cm2。如将焦点调理到焊件结合处，光能迅速转换成热能，使金属瞬间熔化，冷却凝固后成为焊缝。12/28/202312工程资料的激光加工热导焊接深熔焊接热导焊焊缝深熔焊焊缝12/28/202313工程资料的激光加工金属资料的激光焊接12/28/202314工程资料的激光加工激光焊接运用举例12/28/202315工程资料的激光加工首饰焊接样品手机壳体焊接12/28/202316工程资料的激光加工〔2〕激光切割激光切割是利用聚焦以后的高功率密度〔105~107W/cm2〕激光束延续照射工件，光束能量以及活性气体辅助切割过程附加的化学反响热能均被资料吸收，引起照射点资料温度急剧上升，到达沸点后资料开场汽化，并构成孔洞，且光束与工件相对挪动，使资料构成切缝，切缝处熔渣被一定压力的辅助气体吹除。12/28/202317工程资料的激光加工汽化切割：工件加热到沸点以上温度熔化切割：工件加热到熔点温度以上氧助熔化切割：氧等活性气体替代熔化切割的惰性气体控制断裂切割：易受热破坏的脆性资料12/28/202318工程资料的激光加工激光切割运用举例12/28/202319工程资料的激光加工12/28/202320工程资料的激光加工木皮切割大功率切割大功率切割12/28/202321工程资料的激光加工〔3〕激光外表处置当激光能量密度在103～105W/cm2左右时，对工件外表进展扫描，在极短的时间内加热到相变温度〔由扫描速度决议时间长短〕，工件表层由于热量迅速向内传导快速冷却，实现了工件表层资料的相变硬化〔激光淬火〕。12/28/202322工程资料的激光加工激光熔覆利用大功率高能量激光束聚集能量极高的特点，瞬间将被加工件外表微熔，同时使零件外表预置或与激光束同步自动送置的合金粉末完全熔化。激光束扫描后快速凝固，获得与基体冶金结合的致密覆层，恢复几何尺寸和外表强化等特点。12/28/202323工程资料的激光加工

齿轮损伤形状修复后齿轮部分

轴修复前形状激光熔覆过程中12/28/202324工程资料的激光加工激光外表合金化、激光冲击硬化、激光上釉12/28/202325工程资料的激光加工〔4〕激光打孔、打标激光打孔主要用于特殊资料或特殊工件上的孔加工，如仪表中的宝石轴承、陶瓷、玻璃、金刚石拉丝模等非金属资料和硬质合金、不锈钢等金属资料的细微孔的加工。陶瓷基片激光打孔12/28/202326工程资料的激光加工激光打标是利用高能量密度的激光对工件进展部分照射，使表层资料汽化或发生颜色变化的化学反响，从而留下永久性标志的一种打标方法。12/28/202327工程资料的激光加工资料: 不锈钢资料: 压铸铝12/28/202328工程资料的激光加工资料: 塑料复合资料资料: 彩色塑料12/28/202329工程资料的激光加工木梳纽扣手表饮料盖牛仔衣12/28/202330工程资料的激光加工

水晶内雕前往12/28/202331工程资料的激光加工四、激光加工设备激光器是激光加工设备的中心，它能把电能转换成激光束输出。激光器的组成：泵浦源、激活介质、光学谐振腔激光器有固体、气体和半导体三大类。12/28/202332工程资料的激光加工CO2气体激光器横流式轴流式分散冷却Nd:YAG固体激光器灯泵浦二极管泵浦半导体激光器

12/28/202333工程资料的激光加工横流CO2激光器系统1.激光束2.切向排风机

3.气流方向4.热交换器

5.后镜6.折叠镜

7.高频电极

8.输出镜

9.输出窗口

12/28/202334工程资料的激光加工轴流式CO2激光器系统12/28/202335工程资料的激光加工板条式分散冷却CO2激光器系统12/28/202336工程资料的激光加工8kW横流CO2激光器20kW射频鼓励轴流式激光器2.5kW板条式CO2激光器12/28/202337工程资料的激光加工激光器类型：横流轴流分散冷却输出功率等级：3~45kW1.5~20kW0.2~3.5kW脉冲才干：DCDC-1kHzDC-5kHz光束方式：TEM02以上TEM00-TEM01TEM00-TEM01光束传播系数(K)0.150.40.8气体耗费：小大极小电-光转换效率：15%15%30%焊接效果：较好好优良切割效果：差好优良相变硬化：好普通普通外表涂层：好普通普通外表熔覆：好普通普通12/28/202338工程资料的激光加工灯泵浦Nd:YAG激光器12/28/202339工程资料的激光加工二极管泵浦YAG激光器12/28/202340工程资料的激光加工激光加工系统的构成激光器CNC控制系统CNC控制任务台循环水冷系统气体供应系统光束传输及聚焦激光器控制器12/28/202341工程资料的激光加工激光加工成套设备前往12/28/202342工程资料的激光加工五、实验内容与步骤1、了解激光加工的根本原理并熟习激光加工设备的根本构造及其根本操作；2、资料预备；3、激光加工实验；由于时间的限制，每次结合实验室的其它义务选择焊接、切割或熔覆中的一种工艺进展实验演示。4、检查加工件质量并进展问题分析。前往12/28/202343工程资料的激光加工(1)未经指点教师答应，严禁开动接通设备电源，触动控制按钮；(2)操作人员须戴防护眼镜，严禁眼睛对激光口观看，以免损伤眼睛；(3)激光器内有高压，维护操作时须小心谨慎，勿触高压；(4)CO2激光器控制柜内有高压电源，严禁在启动激光的条件下翻开(5)请勿用手直接取放、触摸压铸制品，小心烫伤；(6)在激光切割加工前，必需检查水、气管路能