特种加工第五六章激光加工与电子束.ppt

特种加工技术 第五章 激光加工 Laser Beam Maching(LBM) 20世纪60年代初发展起来的一门新兴科学,可以用于打孔、切割、电子器件的微调、焊接、热处理以及激光存储等 激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工的。 激光加工不需要工具、加工速度快、表面变形小，可加工各种材料。 为什么激光可以用于加工？ 普通太阳光 聚焦后可以点燃木材、纸张，但不能用于加工，原因是：1）地面上的太阳光的能量密度不高；2）太阳光不是单色光，聚焦后不在同一平面内 激光 可控的单色光，强度高，能量密度大，可以在空气介质中高速加工各种材料。 第一节 激光加工的原理和特点 激光的产生原理 激光的特性 激光加工的原理 激光加工的特点 1 激光的产生原理 光的物理概念 原子的发光 激光的产生 光的物理概念 光既具有波动性、又具有微粒性——波粒二象性 根据电磁学，光是在一定波长范围内的电磁波 根据量子学，光是一种具有一定能量得以光速运动的粒子流（光子） 原子的发光 原子的激发、跃迁 基态时原子可长时间存在，激发态时原子停留时间很短。 有些原子在某些能级上停留时间较长，这些能级称为亚稳态能级 亚稳态能级的存在是形成激光的重要条件 原子的跃迁是以光子的形式释放能量 物质发光自发辐射和受激辐射两种 激光的产生 某些具有亚稳态能级的物质，在外来光子的激发下会吸收光能，使处于高能级原子的数目大于低能级原子的数目——粒子数反转 若有一束光照射，光子的能量等于这两个能相对应的差，这是就会产生受激辐射，输出大量的光能。 2 激光的特性 激光具有光的共性（反射、折射、绕射及干涉等等） 普通光源的发光是自发辐射，基本上是无秩序的、相互独立地产生光发射。发出的光波的方向、相位和偏振状态都不同。 激光是受激辐射，有组织、相互关联地产生发射，发出的光波具有相同的频率、方向、偏振状态和严格的相位。所以激光具有强度高、单色性好、相干性好和方向性好。 3 激光加工的原理和特点 激光加工的原理 经过透镜聚焦后,在焦点上达到很高的能量密度，光能转化为热能，靠光热效应来加工的。 激光加工的特点 1)聚焦后，激光的功率密度很高，光能转化为热能，几乎可以熔化任何材料。 2）激光光斑大小可以达到微米级，输出功率可调，可以用于精密微细加工。 3）工具是激光束，无损耗，无接触，无明显的机械力。加工速度快、热影响区小，容易实现自动化 激光加工的原理和特点（续） 4）与电子束相比，加工装置较简单 5）激光加工是一种瞬时、局部熔化、气化的热加工，影响因素很多。 精微加工时的精度，尤其是重复精度和表面粗糙度不易保证。 由于光的反射作用，对于表面光泽或透明的材料的加工，需要先进行色化或打毛处理。激光无法加工出非常光泽的表面。 6）加工中产生的金属气体及火星等飞溅物，要注意通风抽走，操作者应戴防护眼镜。 第二节 激光加工的基本设备 激光加工机的组成 激光器 重要设备，把电能庄变为光能 激光器电源 光学系统 聚焦和瞄准系统 机械系统 应该是三坐标数控系统 常用的激光器 固体激光器 红宝石、钕玻璃、掺钕钇铝石榴石 气体激光器 CO2 、氩离子 第三节 激光加工工艺及应用 激光打孔 激光切割 其他激光加工 1 激光打孔 主要影响因素 输出功率和照射时间 焦距与发散角 焦点的位置 光斑内的能量分布 多次照射 工件材料 焦点位置与孔的剖面形状 光斑内的能量分布对打孔质量影响 光管效应（多次照射） 工件材料 不同的材料吸收的光谱不同，需要根据材料选择激光器。 表面粗糙度对加工深度有影响 2 激光切割 与激光打孔差不多，只不过工件需要移动，即需要数控系统。 3 其他激光加工 激光打标 激光焊接 播放 激光热处理 激光雕刻 本章小节 激光加工的原理和特点 激光的产生 激光的特性 激光加工的基本设备 激光加工工艺及应用 第一节 电子束加工? 1、电子束加工的基本原理： 在真空中从灼热的灯丝阴极发射出的电子,在高电压(30～200千伏)作用下被加速到很高的速度，通过电磁透镜会聚成一束高功率密度的电子束。当冲击到工件时，电子束的动能立即转变成为热能，产生出极高的温度，足以使任何材料瞬时熔化、气化，从而可进行焊接、穿孔、刻槽和切割等加工。由于电子束和气体分子碰撞时会产生能量损失和散射，因此，加工一般在真空中进行. 2、电子束加工的特点和应用? 电子束加工的主要特点是： ①电子束能聚焦成很小的斑点(直径一般为 0.01～0.05毫米)，适合于加工微小的圆孔、异形孔或槽; ②功率密度高,能加工高熔点和难加工材料如钨、钼、不锈钢、金刚石、蓝宝石、水晶、玻璃、 陶瓷和半导体材料等； ③无机械接触作用，无工具损耗问题； ④加工速度快,如在0.1毫