新技術(shù)專題論文

新技術(shù)專題論文之現(xiàn)代激光加工技術(shù)學校：遼寧科技大學材料與冶金學院專業(yè)：材料成型及控制工程2010級2班姓名：**I、'/4I——I 4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4**——>-—I—-_學號：現(xiàn)代激光加工技術(shù)摘要：本次新技術(shù)專題課程在五位老師的講解下總計介紹了五種材料加工新技術(shù)，通過本課程的學習使我們了解了材料加工新技術(shù)的發(fā)展和前沿。課程內(nèi)容主要緊密結(jié)合目前應(yīng)用廣泛和發(fā)展?jié)摿Υ蟮牟牧霞庸ば录夹g(shù)、新方法，本文將主要從現(xiàn)代激光加工技術(shù)為根本內(nèi)容展開介紹。關(guān)鍵字：材料、材料加工、激光、CO2激光器、激光加工技術(shù)。（一）、前言主要概念的解釋材料的概念：材料是人類用于制造物品、器件、構(gòu)件、機器或其他產(chǎn)品的那些物質(zhì)。材料是物質(zhì)，但不是所有物質(zhì)都可以稱為材料。新材料的概念：新材料（或稱先進材料）是指那些新近發(fā)展或正在發(fā)展之中的具有比傳統(tǒng)材料的性能更為優(yōu)異的一類材料。新材料技術(shù)的概念：新材料技術(shù)是按照人的意志，通過物理研究、材料設(shè)計、材料加工、試驗評價等一系列研究過程，創(chuàng)造出能滿足各種需要的新型材料的技術(shù)。材料的作用（1） .材料是現(xiàn)代文明的支柱；（2） .材料是人類生存的基礎(chǔ)；（3） .材料是人類發(fā)展的標志；（4） .材料是科技創(chuàng)新的向?qū)АＰ虏牧霞夹g(shù)的作用及地位（1） .自20世紀70年代，人們就把信息、能源和材料譽為人類文明的三大支柱，把材料的重要性提高到一個前所未有的高度。（2） .20世紀80年代又把新材料技術(shù)與信息技術(shù)、生物技術(shù)一起列為高新技術(shù)革命的重要標志；事實仁，新材料的研究、開發(fā)與應(yīng)用反映著一個國家的科學技術(shù)與工業(yè)化水平。（3）.幾乎所有的高新技術(shù)的發(fā)展與進步，都以新材料和新材料技術(shù)的發(fā)展和突破為前提。（二）、現(xiàn)代激光加工技術(shù)及其應(yīng)用材料加工領(lǐng)域由手工加工時代過渡到火焰加工時代，又由火焰加工時代過渡到電加工時代，而激光加工的出現(xiàn)正促使目前的電加工時代向光加工時代轉(zhuǎn)變，被譽為“未來制造業(yè)的共同加工手段”。（1） .激光的概念:激光的英語為Laser，他是LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation的第一個字母組成的縮寫，意思是“光受激輻射放大”。（2） .激光產(chǎn)生的原理：作物質(zhì)在激勵能源的作用下，不斷地把低能級上的粒子抽運到高能級上去，例如從能級1抽運到能級3上?，F(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的工作物質(zhì)，可以產(chǎn)生受激發(fā)射放大。開始時這種受激發(fā)射光強度很弱，由于光學諧振腔的存在，使得在一定方向上的受激光在兩塊反射鏡間多次往返，當往返足夠多的次數(shù)后，就可以在腔內(nèi)建立起穩(wěn)定的相干光振蕩，其中一部分振蕩光通過一塊具有一定透過率的鏡面輸出到腔外，形成激光。（3） .激光的簡介：自1960年美國科學家梅曼研制出第一臺紅寶石激光器，隨著世界科技與經(jīng)濟發(fā)展的需要激光技術(shù)有了迅速發(fā)展尤其近十幾年來的發(fā)展更為迅速，從而也極大地促進了激光加工技術(shù)的更廣泛應(yīng)用。激光是一種嶄新的光源，激光是二十世紀最重大的科學發(fā)現(xiàn)之一。它除了與其他光源一樣是一種電磁波外，還具有其它光源所不具備的特性。激光與普通光相比有4個特性，即高單色性（單一波長）、高相干性，高方向性和亮度高（光強）。這種神奇的光束可以達到其它任何已知光束所不能達到的聚焦精度，并且聚焦后可以將巨大的能量集中在非常小的范圍內(nèi)。所以激光剛已問世即引起了材料科學家的高度重視。（4） .激光技術(shù)的應(yīng)用：激光在基礎(chǔ)科學研究上的應(yīng)用；激光在信息工程中的應(yīng)用；激光在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用；激光在醫(yī)學上的應(yīng)用；激光在軍事上的應(yīng)用。（三）、現(xiàn)代激光加工技術(shù)及其分類激光束易于傳輸其時間特性和空間特性可以分別控制經(jīng)聚焦后可得到極小的光斑，具有極高功率密度的激光光束可以熔化、氣化任何材料也可進行局部區(qū)域的精密快速加工加工過程中輸入工件的熱量小熱影響區(qū)和熱變形小;加工效率高，易于實現(xiàn)自動化激光技術(shù)是一門綜合性高新技術(shù)涉及光學、機械學、電子學等學科同樣激光加工設(shè)備也涉及到眾多學科因而決定了它的高科技性和高收益率縱觀國際和國內(nèi)激光應(yīng)用場情況經(jīng)過多年來的研究開發(fā)和完善，當代的激光器和激光加工技術(shù)與設(shè)備已相當成熟形成系列激光加工工藝。從國內(nèi)激光加工技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用來看.已有越來越多的用戶認識到激光加工獨特的優(yōu)異性能和高柔性、高效率。目前在航空航天領(lǐng)域、鋼鐵、汽車制造業(yè)、電子與電器、機械、船舶、建筑及其他領(lǐng)域都早已普及了激光技術(shù)。此外各種新的激光加工工藝還在不斷涌現(xiàn)從國際范圍的實際應(yīng)用比例來看激光加工主要用于切割、焊接、表面處理、打標和打孔等。二維和三維激光切割占激光應(yīng)用的65%激光焊接占20%左右激光打孔、打標占10%以下而激光表面處理包括激光相變硬化、激光熔敷、激光表面合金化和激光表面熔凝等僅占5%左右。（1） .現(xiàn)代激光加工技術(shù)分類：大型件激光加工技術(shù)；激光精密加工技術(shù)；激光微細加工技術(shù)；激光化學加工；激光薄膜沉積技術(shù)；激光合成新材料技術(shù)。（2） .大型件激光加工技術(shù)的分類（稱為萬能加工工具）：激光表面強化與修復(fù)主要分為：激光相變淬火、激光熔凝淬火、激光合金化、激光熔覆激光直接加工主要分為：激光毛化、激光焊接、激光切割、激光打孔、激光刻蝕、激光打標、激光拋光激光快速制造模具原型主要分為：選區(qū)激光燒結(jié)法、激光分層切割制造法.激光加工技術(shù)的基本特點：非接觸加工，無工具磨損，不需要中途更換工具，并且高能量激光束的能量及其移動速度均可調(diào)，因此可以實現(xiàn)多種加工的目的；激光束能量密度高，加工速度快，工件變形小、熱影響區(qū)小，后續(xù)加工量?。凰梢詫Χ喾N金屬、非金屬加工，特別是可以加工高硬度、高脆性及高熔點材料，可加工材料范圍廣泛；激光束易于導向、聚焦，實現(xiàn)作各方向變換，極易與數(shù)控系統(tǒng)配合對復(fù)雜工件進行加工；易與傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝組合，形成生產(chǎn)線，是一種極為靈活的加工技術(shù)。、CO2激光器與其它分子激光器一樣，CO2激光器工作原理其受激發(fā)射過程也較復(fù)雜。分子有三種不同的運動，即分子里電子的運動，其運動決定了分子的電子能態(tài)；二是分子里的原子振動，即分子里原子圍繞其平衡位置不停地作周期性振動一一并決定于分子的振動能態(tài);三是分子轉(zhuǎn)動，即分子為一整體在空間連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，分子的這種運動決定了分子的轉(zhuǎn)動能態(tài)。分子運動極其復(fù)雜，因而能級也很復(fù)雜。由高功率CO2激光器、雙溫水冷機組、導光及聚焦系統(tǒng)、同軸指示系統(tǒng)、激光加工機床、控制系統(tǒng)和輔助設(shè)備組成多功能co2激光加工成套設(shè)備。二氧化碳激光器的出現(xiàn)是激光發(fā)展中的重大進展，也是光武器和核聚變研究中的重大成果。最普通的二氧化碳激光器是一支長1米左右的放電管。它產(chǎn)生的激光是看不見的，在磚上足以把磚頭燒到發(fā)出耀眼的白光。淤多功能CO2激光加工成套設(shè)備主要特點：加工功率高，激光光束質(zhì)量好，穩(wěn)定性好，適用于金屬材料進行激光表面相變淬火、熔凝硬化、激光熔覆與合金化加工等多種加工方法;通過光學模式變換，該激光器還可具備激光焊接與切割加工功能；能量轉(zhuǎn)換效率高，大于16%；可滿足大工件、復(fù)雜尺寸件的加工。這樣整套設(shè)備將具有加工精度高、使用范圍廣，工作效率高等優(yōu)點。（五） .典型的激光加工技術(shù)在現(xiàn)代激光加工科技領(lǐng)域內(nèi)，典型的激光加工技術(shù)主要有五種，分別為：激光淬火技術(shù)、激光熔覆技術(shù)、激光焊接技術(shù)、激光切割技術(shù)和激光打標技術(shù)。（1） .激光淬火技術(shù)激光淬火技術(shù)是利用聚焦后的激光束照射到材料表面，使其溫度迅速升高到相變點或熔點以上，當激光移開后，由于仍處于低溫的內(nèi)層材料的快速導熱作用，使受熱表層快速冷卻到馬氏體相變點以下，獲得淬硬層的過程。（2） .激光熔覆技術(shù)激光熔覆是利用激光的能量在材料表面熔凝耐磨、耐腐蝕的高級的金屬或金屬陶瓷層，以改善其表面性能的激光工藝。（3） .激光焊接技術(shù)激光焊接是將高強度的激光束輻射至金屬表面，通過激光與金屬的相互作用，使金屬熔化形成焊接。（4） .激光切割技術(shù)激光切割是以高能量密度的激光作為“切割刀具”的一種材料加工方法。它可實現(xiàn)各種金屬和非金屬板材及眾多復(fù)雜零件的切割，是應(yīng)用最廣泛的一種激光加工技術(shù)。（5） .激光打標技術(shù)激光打標是利用高能量密度的激光對工件進行局部照射，使表層材料汽化或發(fā)生顏色變化的化學反應(yīng)，從而留下永久性標記，即打標的效應(yīng)是通過表層物質(zhì)的蒸發(fā)露出深層物質(zhì)，或者是通過光能作用導致表層物質(zhì)的化學物理變化而“刻”出痕跡，顯示出所需刻蝕的文字、符號和圖案等。（六） 、激光加工技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用當前，激光加工技術(shù)在鋼鐵冶金行業(yè)中主要應(yīng)用包括主要用于鍛鋼輥、鑄鋼輥、合金半鋼軋輥、鑄鐵輥等軋輥的表面強化;其它易損件的激光加工處理與修復(fù)冶金行業(yè)中的其它主要易損件包括：大型圓盤鋸、夾送輥、輸送輥、張力輥、飛剪、行車輪、卷筒、助卷輥等。其主要材質(zhì)、性能均適合激光加工的工藝要求。（七）、結(jié)語與國際上激光加工系統(tǒng)相比，