雷射加工技術(shù)與應(yīng)用課件

雷射加工技術(shù)與應(yīng)用班級:自控四甲姓名:洪靖雯學(xué)號:495120061雷射加工技術(shù)與應(yīng)用班級:自控四甲1何謂雷射“鐳射”一詞是“LASER”的意譯。LASER原是Lightamplificationbystimulatedemissionofradiation取字頭組合而成的專門名詞，在我國曾被翻譯成“萊塞”、“光激射器”、“光受激輻射放大器”等。1964年，錢學(xué)森院士提議取名為“激光”、香港稱“鐳射”、臺灣稱“雷射”，既反映了“受激輻射”的科學(xué)內(nèi)涵，又表明它是一種很強(qiáng)烈的新光源，貼切、傳神而又簡潔，得到我國科學(xué)界的一致認(rèn)同並沿用至今。2何謂雷射“鐳射”一詞是“LASER”的意譯。LASER原是L性質(zhì):是指窄幅頻率的光輻射線，透過受激輻射放大和必要的反饋共振，產(chǎn)生垂直、單色、相干的光束的過程及儀器。利用雷射束與物質(zhì)相互作用的特性對材料(包括金屬與非金屬)進(jìn)行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工以及做為光源，識別物體等的一門技術(shù)。3性質(zhì):是指窄幅頻率的光輻射線，透過受激輻射放大和必要的反饋原理:外加能量以電場、光子、化學(xué)等方式注入到一個(gè)能級系統(tǒng)並為之吸收的話，會(huì)導(dǎo)致電子從低能級向高能級躍遷（所謂受激吸收），當(dāng)自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子碰到這些因外加能量而躍上高能級的電子時(shí)，這些高能級的電子會(huì)因受誘導(dǎo)而遷到低能級並釋放出光子（所謂受激輻射），最後光的強(qiáng)度越來越大（即光線被放大了），而與一般的光不同的是所有的光子都有相同的頻率、相位、前進(jìn)方向。要做到光放大，就要產(chǎn)生一個(gè)高能級電子比低能量級電子數(shù)目多的環(huán)境，即群數(shù)反轉(zhuǎn)，這樣才有機(jī)會(huì)讓高能級電子碰上光子來釋放新的光子，而不是隨機(jī)釋放。4原理:外加能量以電場、光子、化學(xué)等方式注入到一個(gè)能級系統(tǒng)並為何謂受激輻射:電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以分為不同的能級，電子從高能級向低能級躍遷時(shí)，會(huì)釋放出相應(yīng)能量的電磁波（所謂自發(fā)輻射）。一般的發(fā)光體中，這些電子釋放光子的動(dòng)作是隨機(jī)的，所釋放出的光子也沒有相同的特性，例如鎢絲燈發(fā)出的光。5何謂受激輻射:電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以分為不同的能級，電子從高何謂群數(shù)反轉(zhuǎn):為了達(dá)到光放大的作用，在高能級必須有更多的電子，使得受激輻射發(fā)生的機(jī)率更高。這個(gè)狀態(tài)稱為佔(zhàn)據(jù)逆轉(zhuǎn)。出於這個(gè)原因，所以以光子激發(fā)的二級系統(tǒng)是無法實(shí)作雷射的，所以雷射一般是以透過三級系統(tǒng)和四級系統(tǒng)得到實(shí)作。在三級系統(tǒng)中，電子受激躍遷到高能級後，便很快轉(zhuǎn)為亞穩(wěn)態(tài)。由此雷射媒介被激發(fā)為高能態(tài)，佔(zhàn)據(jù)逆轉(zhuǎn)得到實(shí)作。6何謂群數(shù)反轉(zhuǎn):為了達(dá)到光放大的作用，在高能級必須有更多的電雷射產(chǎn)生器的三個(gè)基本要素：「激發(fā)來源」（pumpingsource），把能量供給低能級的電子，激發(fā)使其成為高能級電子，能量供給的方式有電苛放電、光子、化學(xué)作用…。「增益介質(zhì)」（gainmedium），被激發(fā)、釋放光子的電子所在的物質(zhì)，其物理特性會(huì)影響所產(chǎn)生雷射的波長等特性。「共振腔」（resonator），是兩面互相平行的鏡子，一面全反射，一面半反射。作用是把光線在反射鏡間來回反射，目的是使被激發(fā)的光經(jīng)過增益介質(zhì)多次以得到足夠的放大，當(dāng)放大到可以穿透半反射鏡時(shí)，雷射便從半反射鏡發(fā)射出去。7雷射產(chǎn)生器的三個(gè)基本要素：「激發(fā)來源」（pumpings雷射分類:按工作狀態(tài)分◆連續(xù)雷射器◆脈衝雷射器★調(diào)Q（輸出脈寬可以達(dá)到奈秒級別）1.電光調(diào)Q2.聲光調(diào)Q3.染料調(diào)Q★鎖模（輸出脈寬可以壓縮到飛秒級別）8雷射分類:按工作狀態(tài)分8按工作物質(zhì)分可以把雷射器分為液體雷射器、氣體雷射器和固體雷射器等。而現(xiàn)在最常見的半導(dǎo)體雷射器算是固體雷射器的一種。9按工作物質(zhì)分9氣體雷射器:介質(zhì)是氣體的雷射器，此種雷射器透過放電得到激發(fā)。氦氖雷射器：最重要的紅光放射源（632.8nm）。二氧化碳雷射器：波長約10.6μm（紅外線），重要的工業(yè)雷射。一氧化碳雷射器：波長約6-8μm（紅外線），只在冷卻的條件下工作。氮?dú)饫咨淦鳎?37.1nm(紫外線)。10氣體雷射器:介質(zhì)是氣體的雷射器，此種雷射器透過放電得到激發(fā)。氣體雷射器:氬離子雷射器：具有多個(gè)波長，457.9nm(8%),476.5nm(12%),488.0nm(20%),496.5nm(12%),501.7nm(5%),514.5nm(43%)（由藍(lán)光到綠光）。氦鎘雷射器：最重要的藍(lán)光(442nm)和近紫外雷射源(325nm)。氪離子雷射器:具有多個(gè)波長，350.7nm;356.4nm;476.2nm;482.5nm;520.6nm;530.9nm;586.2nm;647.1nm(最強(qiáng));676.4nm;752.5nm;799.3nm(從藍(lán)光到深紅光)。11氣體雷射器:氬離子雷射器：具有多個(gè)波長，457.9nm(氣體雷射器:準(zhǔn)分子雷射器：比如，KrF(248nm),XeF(351-353nm),ArF(193nm),XeCl(308nm),F2(157nm)(均為紫外線)。金屬蒸汽雷射器：比如銅蒸汽雷射器，波長介於510.6-578.2nm之間。金屬鹵化物雷射器：比如溴化銅雷射器，波長介於510.6-578.2nm之間?！铩锘瘜W(xué)激發(fā)雷射器是一種特殊的形式。激發(fā)透過媒介中的化學(xué)反應(yīng)來進(jìn)行。媒介是一次性的，使用後就被消耗掉了。對於高功率的條件及軍事領(lǐng)域是非常理想的。12氣體雷射器:準(zhǔn)分子雷射器：比如，KrF(248nm),固體雷射器:介質(zhì)是固體的雷射器，此種工作物質(zhì)透過燈、半導(dǎo)體雷射器陣列、其他雷射器光照幫浦得到激發(fā)。熱透鏡效應(yīng)是大多數(shù)固體雷射器的一項(xiàng)缺陷。13固體雷射器:介質(zhì)是固體的雷射器，此種工作物質(zhì)透過燈、半導(dǎo)體雷固體雷射器:紅寶石雷射器：世界上第一臺雷射器,1960年7月7日，美國青年科學(xué)家梅曼宣布世界上第一臺雷射器由誕生，這臺雷射器就是紅寶石雷射器。Nd:YAG(摻釹釔鋁石榴石)：最常用的固體雷射器，工作波長一般為1064nm。Nd:YVO4(摻釹釩酸釔)：低功率應(yīng)用最廣泛的固體雷射器，工作波長一般為1064nm,可以透過KTP,LBO非線性晶體倍頻後產(chǎn)生532nm的雷射器。Yb:YAG(摻鐿釔鋁石榴石)：適用於高功率輸出，這種材料的碟片雷射器在雷射工業(yè)加工領(lǐng)域有很強(qiáng)優(yōu)勢。鈦藍(lán)寶石雷射器：具有較寬的波長調(diào)節(jié)範(fàn)圍（670nm～1200nm）14固體雷射器:紅寶石雷射器：世界上第一臺雷射器,1960年7月技術(shù)方法:雷射焊接雷射切割雷射打標(biāo)雷射打孔雷射熱處理雷射快速成型雷射塗敷15技術(shù)方法:雷射焊接15雷射焊接︰◆電弧焊（氬弧焊、手弧焊、埋弧焊、鎢極氣體保護(hù)電弧焊、等離子弧焊、氣體保護(hù)焊）◆電阻焊◆高能束焊（電子束焊、鐳射焊）◆釺焊◆以電阻熱為能源：電渣焊、高頻焊；◆以化學(xué)能為焊接能源：氣焊、氣壓焊、爆炸焊；◆以機(jī)械能為焊接能源：摩擦焊、冷壓焊、超聲波焊、擴(kuò)散焊16雷射焊接︰◆電弧焊（氬弧焊、手弧焊、埋弧焊、鎢極氣體保護(hù)電弧雷射焊接用於:汽車車身濃薄板、汽車零件、鋰電池、心臟起搏器、密封繼電器等密封器件以及各種不允許焊接污染和變形的器件。目前使用的鐳射器有YAG鐳射器、CO2雷射器和半導(dǎo)體幫浦雷射器。17雷射焊接用於:汽車車身濃薄板、汽車零件、鋰電池、心臟起搏器、雷射焊接的特色:1、速度快、深度大、變形小。2、能在室溫或特殊條件下進(jìn)行焊接，例如，雷射通過電磁場，光束不會(huì)偏移；雷射在真空、空氣及某種氣體環(huán)境中均能施焊，並能通過玻璃或?qū)馐该鞯牟牧线M(jìn)行焊接。3、可焊接難熔材料如鈦、石英等，並能對異性材料施焊，效果良好。4、雷射聚焦後，功率密度高，在高功率器件焊接時(shí)，深寬比可達(dá)5：1，最高可達(dá)10：1。5、可進(jìn)行微型焊接。雷射光束經(jīng)聚焦後可獲得很小的光點(diǎn)，且能精確定位。6、可焊接難以接近的部位，施行非接觸遠(yuǎn)距離焊接，具有很大的靈活性。尤其是近幾年來，在YAG雷射加工技術(shù)中採用了光纖傳輸技術(shù)，使雷射焊接技術(shù)獲得了更為廣泛的推廣和應(yīng)用。7、雷射光束易實(shí)現(xiàn)光束按時(shí)間與空間分光，能進(jìn)行多光束同時(shí)加工及多工位加工，為更精密的焊接提供了條件。18雷射焊接的特色:1、速度快、深度大、變形小。18雷射切割︰常用於汽車行業(yè)、計(jì)算機(jī)、電氣機(jī)殼、木刀模業(yè)、各種金屬零件和特殊材料的切割、圓形鋸片、壓克力、彈簧墊片、2mm以下的電子機(jī)件用銅板、一些金屬網(wǎng)板、鋼管、鍍錫鐵板、鍍亞鉛鋼板、磷青銅、電木板、薄鋁合金、石英玻璃、矽橡膠、1mm以下氧化鋁陶瓷片、太空飛行工業(yè)使用的鈦合金等等。使用雷射器有YAG雷射器和CO2雷射器。19雷射切割︰19雷射切割的特色:1.雷射切割的切縫窄，工件變形小2.雷射切割是一種高能量、密度可控性好的無接觸加工3.雷射切割具有廣泛的適應(yīng)性和靈活性20雷射切割的特色:1.雷射切割的切縫窄，工件變形小20雷射打標(biāo)︰雷射掩膜打標(biāo)、雷射振鏡打標(biāo)等在各種材料和幾乎所有行業(yè)均得到廣泛應(yīng)用。目前使用的雷射器有YAG雷射器、CO2雷射器和半導(dǎo)體幫浦雷射器。21雷射打標(biāo)︰雷射掩膜打標(biāo)、雷射振鏡打標(biāo)等在各種材料和幾乎所有行雷射打標(biāo)的特色:1、可對絕大多數(shù)金屬或非金屬材料進(jìn)行加工。2、雷射是以非機(jī)械式的“刀具”進(jìn)行加工，對材料不產(chǎn)生機(jī)械擠壓或機(jī)械應(yīng)力，無“刀具”磨損，無毒，很少造成環(huán)境污染。3、雷射束很細(xì)，使被加工材料的消耗很小。4、加工時(shí)，不會(huì)受電場和磁場的干擾。5、操作簡單，使用微機(jī)數(shù)控技術(shù)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工。6、使用精密工作臺能進(jìn)行精細(xì)微加工。7、可使用顯微鏡或攝像系統(tǒng)，能對被加工表面狀況進(jìn)行觀察或監(jiān)控。8、可以利用稜鏡、反射鏡系統(tǒng)（對於YAG雷射器還能用光纖導(dǎo)光系統(tǒng)）將光束聚集到工件的內(nèi)表面或傾斜表面上進(jìn)行加工。9、能標(biāo)記條碼、數(shù)位、字元、圖案、二維碼等標(biāo)誌。22雷射打標(biāo)的特色:1、可對絕大多數(shù)金屬或非金屬材料進(jìn)行加工。雷射打孔︰國內(nèi)目前比較成熟的雷射打孔的應(yīng)用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產(chǎn)及鐘錶和儀表的寶石軸承、飛機(jī)葉片、多層印刷線路板等行業(yè)的生產(chǎn)中。主要應(yīng)用在航空太空飛行、汽車製造、電子儀表、化工等行業(yè)。目前使用的雷射器多以YAG雷射器、CO2雷射器為主，也有一些準(zhǔn)分子雷射器、同位素雷射器和半導(dǎo)體幫浦雷射器?！铩锢咨涔馐蚩讬C(jī)一般由固體雷射器、電氣系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)和三座標(biāo)移動(dòng)工作臺等四大部分組成。23雷射打孔︰國內(nèi)目前比較成熟的雷射打孔的應(yīng)用是在人造金剛石和天雷射熱處理︰汽車工業(yè)中應(yīng)用廣泛，如缸套、曲軸、活塞環(huán)、換向器、齒輪等零部件的熱處理，同時(shí)在航空太空飛行、機(jī)床行業(yè)和其它機(jī)械行業(yè)也應(yīng)用廣泛。我國的雷射熱處理應(yīng)用遠(yuǎn)比國外廣泛得多。目前使用的雷射器多以YAG雷射器，CO2雷射器為主。24雷射熱處理︰汽車工業(yè)中應(yīng)用廣泛，如缸套、曲軸、活塞環(huán)、換向器雷射快速成型︰雷射加工技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)及柔性製造技術(shù)相結(jié)合而形成。多用于模具和模型行業(yè)。目前使用的雷射器多以YAG雷射器、CO2雷射器為主。25雷射快速成型︰雷射加工技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)及柔性製造技術(shù)相結(jié)雷射塗敷︰在航空太空飛行、模具及機(jī)電行業(yè)應(yīng)用廣泛。目前使用的雷射器多以大功率YAG雷射器、CO2雷射器為主。26雷射塗敷︰在航空太空飛行、模具及機(jī)電行業(yè)應(yīng)用廣泛。26雷射對於加工市場的優(yōu)勢:①由於它是無接觸加工，並且高能量雷射光束的能量及其移動(dòng)速度均可調(diào)，因此可以實(shí)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(diǎn)的材料。③雷射加工過程中無“刀具”磨損，無“切削力”作用於工件。④雷射加工過程中，雷射光束能量密度高，加工速度快，並且是局部加工，對非雷射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，後續(xù)加工量小。⑤它可以通過透明介質(zhì)對密閉容器內(nèi)的工件進(jìn)行各種加工。⑥由於雷射光束易於導(dǎo)向、聚集實(shí)現(xiàn)作各方向變換，極易與數(shù)控系統(tǒng)配合，對複雜工件進(jìn)行加工，因此是一種極為靈活的加工方法。⑦使用雷射加工，生產(chǎn)效率高，品質(zhì)可靠，經(jīng)濟(jì)效益好。27雷射對於加工市場的優(yōu)勢:①由於它是無接觸加工，並且高能量雷射補(bǔ)充28補(bǔ)充28二氧化碳雷射加工目的:高功率雷射是國內(nèi)目前CO2雷射加工設(shè)備的主流，其加工對象非常廣，例如，電腦、電氣機(jī)殼的板金切割、機(jī)器零組件切割、木刀模業(yè)、汽車板金切割、特殊材料切割(電子機(jī)件銅板、金屬板、合金板、電木板、壓克力、矽橡膠等)之切割加工。由於光電產(chǎn)業(yè)蓬勃，CO2雷射加工技術(shù)已逐漸用在光電產(chǎn)品上，例如石英切割、電路板鑽孔、耐熱玻璃與晶體切割等。近來，光電產(chǎn)業(yè)中的LCD液晶面板需求大增，而CO2雷射切割技術(shù)已被預(yù)言為下一世代面板切割製作主流。29二氧化碳雷射加工目的:高功率雷射是國內(nèi)目前CO2雷射加二氧化碳雷射加工特色:加工速度快加工品質(zhì)一致加工尺寸範(fàn)圍廣改善傳統(tǒng)繁雜加工製程應(yīng)用:玻璃、陶瓷等硬脆材料加工塑膠射出元件下料製程特殊外形加工30二氧化碳雷射加工特色:30準(zhǔn)分子雷射微加工技術(shù)特性:準(zhǔn)分子雷射微加工是運(yùn)用紫外波段的短波長脈衝雷射，將高分子材料內(nèi)部電子激發(fā)，造成瞬間的離子化及材料的分解，準(zhǔn)分子雷射幾乎對所有的有機(jī)高分子材料，都會(huì)造成中度