五激光加工.ppt

一、 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 3.焦点位置 4.光斑内的能量分布 a）基模光束 b ）非基模光束 c）基模和高次模光束 5.激光的多次照射 孔深增加、锥度减小，孔径不变。 6.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 二、激光切割 激光切割的原理和激光打孔原理基本相同。激光切割采用重复频率较高的脉冲激光器或连续输出的激光器。在精密机械加工中，一般采用高重复频率的脉冲激光器。 切割金属材料：同轴吹氧工艺 切割布匹、纸张、木材等易燃材料：同轴吹保护气体（二氧化碳、氮气等） 三、激光刻蚀打标记 小功率的激光束可用于对金属或非金属表面进行刻蚀打标，加工出文字图案或工艺美术品。例如，可在竹片上刻写缩微的孙子兵法、毛主席诗词等。 激光还可用于表面热处理、表面改性等加工。 激光加工的产品 1.打印机 1 1 1 第五章 激光加工Laser Beam Machining 第一节 激光加工的原理和特点第二节 激光加工的基本设备第三节 激光加工工艺及应用 激光加工技术 激光技术是20世纪60年代初发展起来的一门新兴科学，在材料加工方面，已逐步形成一种崭新的加工方法—激光加工（Lasser Beam Machining简称LBM）。激光加工可以用于打孔、切割、电子器件的微调、焊接、热处理、以及激光存贮等各个领域。由于激光加工不需要加工工具，而目加工速度快、表面变形小，可以加工各种材料。 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各种材料的。 第一节 激光加工的原理与特点 （一）光的物理概念及原子的发光过程 1．光的物理概念 光具有波粒二象性。根据光的电磁学说，可以认为光实质上是在一定波长范围内的电磁波。 人们能够看见的光称为可见光，它的波长为0.4～0.76 μm。可见光根据波长不同分为红、橙、黄、绿、蓝、青、紫等七种光，波长大于0.76的称红外光或红外线，小于0.4的称紫外光或紫外线。 根据光的量子学说，又可以认为光是一种具有一定能量的以光速运动的粒子流，这种具有一定能量的粒子就称为光子。不同频率的光对应于不同能量的光子，光子的能量与光的频率成正比，即 式中：E—光子能量； —光的频率； h—普朗克常数。 一束光的强弱与这束光所含的光子多少有关，对同一频率的光来说，所含的光子数多，即表现为强；反之，表现为弱。 2．原子的发光 原子由原子核和绕原子核转动的电子组成。原子的内能就是电子绕原子核转动的动能和电子被原子核吸引的位能之和。如果由于外界的作用，使电子与原子核的距离增大或缩小，则原子的内能也随之增大或缩小。 基态：只有电子在最靠近原子核的轨道上运动才是最稳定的，人们把这时原子所处的能级状态称为基态。 激发态：当外界传给原子一定的能量时（例如用光照射原子），原子的内能增加，外层电子的轨道半径扩大，被激发到高能级，称为激发态或高能态。 下图是氢原子的能级，图中最低的能级E1称为基态，其余E2、E3等都称为高能态。 跃迁：被激发到高能级的原子一般是很不稳定的，它总是力图回到能量较低的能级去，原子从高能级回落到低能级的过程称为“跃迁”。 亚稳态能级：有些原子或离子的高能级或次高能级有较长的寿命，这种寿命较长的较高能级称为亚稳态能级。 能级激光器中的氦原子、二氧化碳分子以及固体激光材料中的铬或钕离子等都具有亚稳态能级，这些亚稳态能级的存在是形成激光的重要条件。 当原子从高能级跃迁回到低能级或基态时，常常会以光子的形式辐射出光能量，所放出光的频率与高能态En和低能态E1之差有如下关系 自发辐射：原子从高能态自发地跃迁到低能态而发光的过程称为自发辐射。 受激辐射：当一束光入射到具有大量激发态原子系统中，若这束光的频率与 很接近，处在激发能级上的原子，在这束光的刺激下会跃迁回较低能级，同时发出一束光，这束光与入射光有着完全相同的特性，它的频率、相位、传播方向、偏振方向都是完全一致的。这样的发光过程称为受激辐射。 （二）激光的产生 粒子数反转：某些具有亚稳态能级结构的物质，在一定外来光子能量激发的条件下，会吸收光能，使处在较高能级（亚稳态）的原子（或粒子）数目大于处于低能级（基态）的原子数目，这种现象，称为“粒子数反转”。 在粒子数反转的状态下，如果有一束光子照射该物体，而光子的能量恰好等于这两个能级相对应的能量差，这时就能产生受激辐射，输出大量的光能