激光加工工艺介绍

1、激光加工工艺简介,激光表面改性,几种典型表面改性所需的激光功率密度和作用时间,Fe Fe3C相图,奥氏体,铁素体,马氏体,贝氏体,珠光体,渗碳体,莱氏体,钢的连续冷却转变（CCT）图,0.37%C-0.39%Si-0.85%Mn-0.73%Cr-0.26%Mo,淬火,退火,正火,回火,激光相变硬化关键技术,1、 激光能量的利用率,表面预处理, 粗糙化处理、氧化、涂层,偏振光,短波长激光：YAG激光、半导体激光,2、 激光能量的均匀化及光斑变换,变换前光束强度分布,变换后光束强度分布,积分镜,波导匀光器,可变形镜,透射式棱锥积分镜 透射式棱锥积分镜为等边棱锥，产生正方形光斑。光斑尺寸可由调节透镜

2、位置而发生改变。,双光束处理系统,激光相变硬化应用举例,激光相变硬化应用举例,激光重熔、合金化、熔覆示意图,ZL108铝合金激光重熔硬化,ZL108合金激光重熔前后的组织,合金的主要化学成份：11.013.0%Si, 1.02.0%Cu, 0.41.0%Mg, 0.30.9%Mn，属于共晶成份合金。铸造组织为典型的金属非金属共晶，显微组织为在Al基体上紊乱地分布着Si的枝晶。采用激光重熔处理后组织比处理前的铸造组织细化了几十倍，显微组织形态也变成了Al-Si共晶包围着-Al基固溶体树枝晶的亚共晶组织，其中相所占的体积达40%左右 。,时效处理对铝合金激光重熔硬化层的影响,激光重熔应用举例,激光

3、熔覆,熔覆层形貌及稀释率,激光熔覆应用举例,激光局部熔覆,激光大面积熔覆,激光熔覆再制造,激光熔覆再制造应用举例,激光熔覆再制造应用举例,激光熔覆再制造应用举例,Laser shock peening,激光冲击波效应产生塑性变形,增加位错密度 造成残余压应力,激光表面抛光与织构化,Laser polishing,Mechanisms,evaporation of surface material flowing or flattening of softening and melting material under the effect of surface tension,Q-switch

4、 Nd:YAG laser: Pa=250W, tp=650ns, df=70um, v=35mm/s,德国亚琛夫琅霍费激光所（ILT, Willenborg, E. ）,100m,微流体器件微通道准分子激光抛光,北京工业大学激光工程研究院,荷叶表面结构,Laser texturing,激光熔池振荡法表面织构化,Laser lithography,激光干涉法表面织构化,Particle lens,飞秒激光辐照钛表面微纳结构,laser fluence 2.5 Jcm2, number of laser shots 280, (a) Vacuum (1mbar) (b) air (atmosph

5、eric condition) (c) 100mbar SF6 (d) 100 mbar He,Nayak1. Appl. Phys. A 90, 399402 (2008),激光快速成形,激光快速成形原理,激光快速成形分类,激光快速原型制造（Rapid prototype）,立体光刻（Stereo Lithography，SL）,分层实体制造（Laminated Object Manufacturing, LOM）,选区激光烧结（Selective Laser Sintering, SLS）,激光直接快速制造（Directed Laser Manufacturing）,激光熔融堆积（Dire

6、cted Metal Deposition，DMD）,选区激光熔化（Selective Laser Melting, SLM）,激光变形制造（Laser Forming）,激光熔融堆积成形,F/A-l8E/F翼根吊环 900mm长300mm宽150mm高,大型钛合金零件Aeromet公司,XXXX高空高速反导导弹部件,超音速巡航导弹部件,选区激光熔化成形,飞秒激光微纳制造,飞秒强激光微制备与加工 为材料制备和研究提供了新技术和新手段 突出优点： 极短作用时间 超高光强 无热影响 破坏区域小 高阶非线性 三维微加工,A drilling in steel produced by 3.3-ns p

7、ulses. A strong blur formation occurs and solidified droplets stick on the surface. Note the heat-affected zone around the hole .,A drilling in steel produced by 200-fs pulses. Pulses energy is decreased by nearly one order of magnitude.,线性相互作用 高阶非线性相互作用 单光子过程 I 多光子过程 In 难于作用于材料内部 高光强、作用于材料内部,作用区域可远小于波长,Fused silica ： absorption bandgap is 9eV, IR fs laser beam: 800nm (1.55eV) multiphoton process,Femtosecond Laser Micromachining workstation was used to direct-write localized index-of-refraction changes within a glass substrate, creating a three-dimensional optical waveguide.,飞