第五章-激光加工-特种加工课件.ppt

§5.3.1 激光打孔 §5.3.1 激光打孔 §5.3.2 激光切割 激光切割原理 基于聚焦后的激光具有极高的功率密度使得工件材料瞬时气化蚀除。 工件和激光束具有相对移动（一般移动工件）。 一般采用高重复频率的脉冲激光器。 §5.3.2 激光切割 激光切割的特点 能够加工各种各样的材料，金属、玻璃、陶瓷、木材、布、纸张等； 适合于异形孔加工，精密零件的窄缝切割切割； 切割深宽比大； 切口质量良好，边缘平滑，无切割残渣，热影响区域小； 具有较高的加工效率，加工成本可显著降低。 国外汽车70%的部件切割焊接采用激光加工 §5.3.2 激光切割 §5.3.2 激光切割 5.3.3. 其他应用 激光焊接 利用聚焦后的激光，将工件的加工区“烧熔”，使其粘合在一起。所需能量密度较低，功率密度一般为105~106W/cm2。 5.3.3. 其他应用 激光焊接的特点 激光照射时间短，焊接过程极为迅速，不仅有利于生产率的提高，而且被焊材料不易氧化，热影响区域小。 可以透过透明体进行焊接，防止杂质污染和腐蚀，适宜于精密仪表、真空仪器元件的焊接。 具有熔化净化效应，能纯净焊缝金属，无焊渣，无需去除工件的氧化膜，焊缝的机械性能在各方面都相当于甚至优于母材。 5.3.3. 其他应用 激光淬火 采用功率密度为103~105W/cm2的激光，短时间（10－2min）照射材料表面，使得材料表面迅速升温（升温速度可达105~106℃/s ）达到相变温度。激光束移开后，热量从材料表面迅速向内部传导，冷却速度可达104℃/s ，在急热急冷过程中，实现快速自冷淬火。 5.3.3. 其他应用 激光表面合金化 在高能量密度激光束的照射下，将外加合金元素熔化在工件表面的薄层内，从而改变工件表面层的化学成分，形成具有特殊性能的合金化层，以提高工件表面的耐磨性、耐腐蚀性合抗高温氧化等特性，达到材料局部表面改性的目的。 Precision Engineering Lab., Xiamen Univ. Precision Engineering Lab., Xiamen Univ. §5 激光加工 高能束（High Energy Density Beam: HEDB）加工 利用高能量密度的束流（激光束、电子束、离子束）作为热源，对材料或构件进行加工的特种加工技术。 主要包括： 激光加工（Laser Beam Machining: LBM） 电子束加工（ Electron Beam Machining: EBM） 离子束加工（Ion Beam Machining: IBM） §5 激光加工 激光（Laser）是二十世纪60年代发展起来的一门新兴科学。自1960年七月美国T.梅曼制成世界第一台红宝石激光器，激光技术迅速发展。 激光加工可以用于焊接、切割、打孔、打标、热处理、快速原型等。 激光是可控的能量密度大的单色光。 §5 激光加工 §5.1 激光加工的原理和特点 §5.2 激光加工的基本设备 §5.3 激光加工工艺及应用 §5.1 激光加工的原理和特点 §5.1.1 激光的产生原理 §5.1.2 激光的特性 §5.1.3 激光加工的原理和特点 §5.1.1 激光的产生原理 光的物理概念 光的电磁学说 在一定波长范围内的电磁波。 ——波长； ——频率； ——波速； §5.1.1 激光的产生原理 光的物理概念（续） 光的量子学说 光是一种具有一定能量的以光速运动的粒子流（光子）。不同频率的光对应不同能量的光子： E——光子能量； v——光的频率； h——普朗克常数； §5.1.1 激光的产生 原子的发光 基态与激发态 电子在最靠近原子核的轨道上运动时，原子所处的能级状态称为基态。 当外界传给原子一定的能量时，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（高能态）。 §5.1.1 激光的产生 原子的发光（续） 跃迁 原子从高能级回到低能级的过程称为“跃迁”。 被激发到高能级的原子不是很稳定，总是力图回到能量较低的能级去。 具有亚稳态能级的原子和离子的存在是形成激光的重要条件。 §5.1.1 激光的产生 原子的发光（续） 光辐射 当原子从高能级跃迁回到低能级或基态时，常常以光子的形式辐射出光能量： 自发辐射 原子从高能级自发地跃迁到低能级而发光的过程称为自发辐射。（日光灯发光） 各受激原子跃迁回到基态的时序先后不一，且具有多个能级，因此方向性、单色性都很差。 §5.1.1 激光的产生 原子的发光（续） 受激辐射 满足一定频率要求的一束光入射到具有大量激发态原子的系统中，刺激处在激发能级上的原子跃迁回到低能级，同时发出一束与入射光具有相同特性（频率、相位、传播方向、偏振方向等）的光。 §5.1.1 激光的产生 激光的产生条件 粒子数反转