特種加工技術(shù)激光加工

關(guān)于特種加工技術(shù)激光加工第1頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄激光加工簡介1激光加工原理和特點2激光加工基本設(shè)備的組成3激光加工技術(shù)的應(yīng)用45第2頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月1.激光加工簡介

激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對材料（包括金屬與非金屬）進行切割、焊接、表面處理、打孔及微加工等的一種加工新技術(shù)，涉及到光、機、電、材料及檢測等多門學科。由于激光加工熱影響區(qū)域小，光束方向性好，幾乎可以加工任何材料。常用來進行選擇性加工，精密加工。由于激光加工的特殊特點，其發(fā)展前景廣闊，目前已廣泛應(yīng)用于激光焊接、激光切割、表面改性、激光打標、切削加工，快速成形，激光鉆孔和基板劃片，半導體處理等。第3頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月1.激光加工簡介激光熱加工是指利用激光束投射到材料表面產(chǎn)生的熱效應(yīng)來完成加工過程,包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打標、激光鉆孔和微加工等。根據(jù)激光束與材料相互作用的機理,大體可將激光加工分為激光熱加工和光化學反應(yīng)加工光化學反應(yīng)加工是指激光束照射到物體,借助高密度高能光子引發(fā)或控制光化學反應(yīng)的加工過程。包括光化學沉積、立體光刻、激光刻蝕等。第4頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2.激光加工原理和特點

激光加工是以激光為熱源對工件進行熱加工。

激光加工是將激光束照射到工件的表面，以激光的高能量來切除、熔化材料以及改變物體表面性能。由于激光加工是無接觸式加工，工具不會與工件的表面直接磨察產(chǎn)生阻力，所以激光加工的速度極快、加工對象受熱影響的范圍較小而且不會產(chǎn)生噪音。由于激光束的能量和光束的移動速度均可調(diào)節(jié)，因此激光加工可應(yīng)用到不同層面和范圍上。激光加工原理第5頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2.激光加工原理和特點階段一階段二階段三加工過程大體上可分為如下幾個階段：激光束照射工件材料（光的輻射能部分被反射，部分被吸收并對材料加熱，部分因熱傳導而損失）階段四階段五工件材料吸收光能；光能轉(zhuǎn)變成熱能是工件材料無損加熱（激光進入工件材料的深度極淺，所以在焦點中央，表面溫度迅速升高）；工件材料被熔化、蒸發(fā)、汽化并濺出去除或破壞；作用結(jié)束與加工區(qū)冷凝。第6頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2.激光加工原理和特點激光加工特點1.由于它是無接觸加工，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。2.它可以對多種金屬、非金屬加工，特別是可以加工高硬度、高脆性、及高熔點的材料。3.激光加工過程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，對非激光照射部位沒有影響或影響極小。因此，其熱影響區(qū)小，工件熱變形小，后續(xù)加工量小。

激光具有的寶貴特性決定了激光在加工領(lǐng)域存在的優(yōu)勢：第7頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2.激光加工原理和特點6.由于激光束易于導向、聚集實現(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，因此是一種極為靈活的加工方法。7.使用激光加工，生產(chǎn)效率高，質(zhì)量可靠，經(jīng)濟效益好。例如：1美國通用電器公司采用板條激光器加工航空發(fā)動機上的異形槽，不到4H即可高質(zhì)量完成，而原來采用電火花加工則需要9H以上。僅此一項，每臺發(fā)動機的造價可省5萬美元。2激光切割鋼件工效可提高8-20倍，材料可節(jié)省15-30%，大幅度降低了生產(chǎn)成本，并且加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。5.它可以通過透明介質(zhì)對密閉容器內(nèi)的工件進行各種加工。4.激光加工過程中無“刀具”磨損，無“切削力”作用于工件。第8頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月3.激光加工基本設(shè)備的組成激光加工的基本設(shè)備包括激光器、電源、光學系統(tǒng)及機械系統(tǒng)等四大部分。激光器：是激光加工的核心設(shè)備，它是把電能轉(zhuǎn)換為光能，

產(chǎn)生激光束；激光器電源：為激光器提供電能以及實現(xiàn)激光器和機械系統(tǒng)

自動控制；光學系統(tǒng)：主要包括聚焦系統(tǒng)和觀察瞄準系統(tǒng)；機械系統(tǒng)：包括床身、數(shù)控工作臺和數(shù)控系統(tǒng)等。激光加工機的組成部分第9頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月3.激光加工基本設(shè)備的組成激光加工示意圖第10頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月3.激光加工基本設(shè)備的組成1.固體激光器固體激光器由工作物質(zhì)、光泵、玻璃套管和濾光液、冷卻水、聚光器以及諧振腔等組成固體激光器常用的工作物質(zhì)有紅寶石、釹玻璃和摻釹釔鋁石榴石三種固體激光器采用光激勵，能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)多，效率低激光加工常用激光器第11頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月3.激光加工基本設(shè)備的組成第12頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月3.激光加工基本設(shè)備的組成2.氣體激光器采用電激勵，效率高、壽命長、連續(xù)輸出功率大用于切割、焊接、熱處理等加工第13頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月4.激光加工技術(shù)的應(yīng)用

由于激光加工技術(shù)具有許多其他加工技術(shù)所無法比擬的優(yōu)點，所以應(yīng)用較廣。目前已成熟的激光加工技術(shù)包括：激光快速成形技術(shù)、激光焊接技術(shù)、激光打孔技術(shù)、激光打標技術(shù)、激光去重平衡技術(shù)、激光蝕刻技術(shù)、激光微調(diào)技術(shù)、激光劃線技術(shù)、激光切割技術(shù)、激光熱處理和表面處理技術(shù)等。第14頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月激光加工技術(shù)的應(yīng)用激光快速成型技術(shù)激光快速快速成型技術(shù)是指通過三維模型和體積單元疊加的方法生產(chǎn)制造模型或者零件的工藝，也定義為加成技術(shù)。其制造原理是在計算機上生成零件的CAD模型，通過特殊的軟件對CAD模型進行切片處理，使一個復(fù)雜的三維零件轉(zhuǎn)變成一系列的二維平面圖形，計算機由此獲得掃描軌跡指令。根據(jù)CAD給出的路線，數(shù)控系統(tǒng)控制激光束來回掃描，便可形成逐層堆積而形成的任意形狀的實體模型。其類型主要有液體材料的固化(光敏樹脂固化如SLA)的點-線-面、實體疊層制造(LOM)和區(qū)域選擇激光燒結(jié)(SLS)。第15頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月激光加工技術(shù)的應(yīng)用第16頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月4.激光加工技術(shù)的應(yīng)用激光焊接技術(shù)1.激光焊接原理(1)熱傳導熱焊接。采用的激光光斑功率密度小于105W/cm2時，激光將金屬表面加熱到熔點和沸點之間。焊接時，金屬材料表面將所吸收的激光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使金屬表面溫度升高而熔化，然后通過熱傳導方式把熱能傳向金屬內(nèi)部，使熔化區(qū)逐漸擴大，凝固后形成焊點或焊縫，這種焊接機理稱為熱傳導熱焊。鎳鈦諾線之間的焊接金剛石鋸片第17頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月4.激光加工技術(shù)的應(yīng)用

(2)激光深熔焊接。

當激光光斑上的功率密度大于106W/cm2時，金屬在激光的照射下被迅速加熱，其表面溫度在極短的時間內(nèi)升高到沸點，使金屬熔化或汽化，產(chǎn)生的金屬蒸氣以一定速度離開熔池，逸出的蒸氣對熔化液態(tài)金屬產(chǎn)生一個附加壓力，使熔池金屬表面向下凹陷，在激光光斑下產(chǎn)生一個小凹坑。當光束在小孔底部繼續(xù)加熱時，所產(chǎn)生的金屬蒸氣一方面壓迫坑底的液態(tài)金屬使小坑進一步加深；另一方面，坑外飛出的蒸氣將熔化的金屬擠向熔池四周，此過程連續(xù)進行下去，便在液態(tài)金屬中形成一個細長的孔洞而進行焊接，因此稱之為激光深熔焊。第18頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月4.激光加工技術(shù)的應(yīng)用第19頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月4.激光加工技術(shù)的應(yīng)用激光打標技術(shù)

激光打標技術(shù)是激光加工最大的應(yīng)用領(lǐng)域之一。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的一種打標方法。激光打標可以打出各種文字、符號和圖案等，字符大小可以從毫米量到微米量級，這對產(chǎn)品的防偽有特殊的意義。激光打標激光竹簡激光刻線第20頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月4.激光加工技術(shù)的應(yīng)用激光打孔技術(shù)大功率電子管柵極（鉬，厚0.3mm，線寬0.3mm）1.激光打孔的原理和方式在所有的打孔技術(shù)中激光打孔是最新的無屑加工技術(shù)。在工業(yè)用脈沖激光器中，光泵浦的Nd：YAG固體激光器調(diào)制后輸出的脈沖峰值功率是比較高的。聚焦后焦點處的功率密度達到107W/cm2的量級。如此高的能量密度足以汽化任何已知的材料。激光打孔分為五個階段：表面加熱、表面熔化、汽化、氣態(tài)物質(zhì)噴射和液態(tài)物質(zhì)噴射。第21頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月4.激光加工技術(shù)的應(yīng)用手機翻蓋（鋁合金，厚0.8mm，孔徑0.7mm）2.激光打孔的特點及應(yīng)用激光打孔的特點是速度快、效率高，現(xiàn)在最快每秒可以實現(xiàn)打100孔；打孔的孔徑可以從幾微米到任意孔徑；可以實現(xiàn)在任何材料上打孔，如寶石、金剛石、陶瓷、金屬、半導體、聚合物和紙等；不需要工具，也就不存在工具磨損和更換工具，因此特別適合自動化打孔。另外，激光還可以打斜孔，如航空發(fā)動機上大量的斜孔加工。與其他高能束打孔相比，激光打孔不需要抽真空，能夠在大氣中進行打孔。第22頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月4.激光加工技術(shù)的應(yīng)用激光切割技術(shù)與傳統(tǒng)的機械切割方式和其他切割方式(如等離子切割、水切割、氧溶劑電弧切割、沖裁等)相比，激光切割具有如下優(yōu)點。(1)切縫細小，可以實現(xiàn)幾乎任意輪廓線的切割。(2)切割速度高。(3)切口的垂直度和平行度好，表面粗糙度好。(4)熱影響區(qū)非常小，工件變形小。(5)幾乎沒有氧化層。第23頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月4.激光加工技術(shù)的應(yīng)用(6)幾乎不受切割材料的限制，能切割易碎的脆性材料和極軟、極硬的材料，既可以切割金屬，也可以切割非金屬如玻璃、陶瓷以及木材、布料、紙張等。(7)無力接觸式加工，沒有“刀具”磨損，也不會破壞精密工件的表面。(8)具有高度的適應(yīng)性、加工柔性高，可以實現(xiàn)小批量、多品種的高效自動化加工。(9)噪聲小，無公害。第24頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月4.激光加工技術(shù)的應(yīng)用激光融覆技術(shù)1.激光熔覆的原理激光熔覆是利用高能密度激光束將具有不同成分、性能的合金與基材表面快速熔化，在基材表面形成與基材具有完全不同成分和性能的合金層的工藝技術(shù)，是材料表面改性技術(shù)的一種重要方法。激光熔覆：線材軋輥修復(fù)（低合金高強鋼，熔覆高度8mm）第25頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月4.激光加工技術(shù)的應(yīng)用2.激光熔覆的特點與應(yīng)用激光熔覆的主要目的是在廉價金屬材料表面