特殊加工艺--激光加工技术与线切割.ppt

特殊加工工艺-- 激光加工技术与线切割;1 激光的基本原理 2 激光的特性 3 激光加工的基本原理 4 激光表面改性 5 激光焊接 6 激光切割 7 激光打孔 8 激光打标和激光雕刻 ;1.1激光的基本原理 ;自发吸收 电子吸收光子从低“能阶”跃迁到高“能阶”(图二 a)。 自发辐射 电子自发地释放光子从高“能阶”跃迁到较低“能阶” (图二 b)。 受激辐射 光子射入物质诱发电子从高“能阶”跃迁到低“能阶”，并释放光子。入射光子与释放的光子有相同的波长和相，此波长对应于两个“能阶”的能量差。一个光子诱发一个原子发射一个光子，最后就变成两个相同的光子 (图二 c)。 ; 它由一枝闪光灯，激光介质和两面镜所组成。 激光介质是红宝石晶体，当中有微量的铬原子。在开始时，闪光灯发出的光射入激光介质，使激光介质中的铬原子受到激发，最外层的电子跃迁到受激态。 此时，有些电子会通过释放光子，回到较低的“能阶”。而释放出的光子会被设于激光介质两端的镜子来回反射，诱发更多的电子进行受激辐射，使激光的强度增加。 设在两端的其中一面镜子会把全部光子反射，另一面镜子则会把大部分光子反射，并让其余小部分光子穿过；而穿过镜子的光子就构成我们所见的激光。 ;1.2 激光的特性 ;1.3 激光加工的基本原理 ; 激光加工大体可分为激光热加工和光化学加工： 激光热加工指当激光束照射到物体表面时，引起快速加热，热力把对象的特性改变或把物料熔解蒸发。包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标等； 光化学加工指当激光束加于物体时，高密度能量光子引发或控制光化学反应的加工过程。包括光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等。 ;1.4 激光表面改性 ;1.4 激光表面改性 ;优点： 淬硬层晶粒细化，硬度比常规淬火提高15％～20％。 加热速度极快，工艺周期短，生产效率高，成本低，工艺过程容易实现计算机控制。 对于槽壁（底）、小孔、盲孔、深孔以及腔筒内壁等特殊部位，只要光束能照射到的部位均可进行处理。 可进行大型零件局部表面以及形状复杂零件的硬化处理。 淬硬层深度可精确控制。 可以实现自冷淬火，不需要油或水等介质。; 激光合金化是在高能激光束的作用下，将一种或几种合金元素与基体材料的表面快速熔化凝固在一起，从而使基体材料的表面具有高合金特性的技术。 简单地说，激光合金化就是利用激光改变金属表面的化学成分从而提高表面性曲的一项技术。 经过激光合金化处理后的材料，表面是离性能的合金层，材料内部仍然是廉价的基体材料。 ; 非晶化的基本准则：将液体以大于一定的冷却速度迅速冷却到某一温度以下，这样晶体的形核和生长受到限制，来不及形成规则的晶体组织，从而就可以获得非晶态的固体。 激光表面非晶化是利用激光使材料表面薄层熔化，同时在表层的液态和基体的固态间保持很高的温度差，从而实现形成非晶态所需要的急冷条件。 优点：高效率地、易控制地在形状复杂的制品表面大面积形成非晶层；这将扩大非晶材料的实际应用领域。 ;1.5 激光焊接 ;1.5 激光焊接 ;1、速度快、深度大、变形小。 2、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。 3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。 4、焊接深宽比高，可达5：1，最高可达10：1。 5、可进行微型焊接。 6、可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接。;*;*;*;*;1.5 激光焊接 ;1.5 激光焊接 ;1.5 激光焊接 ;1.6 激光切割 ;激光切割的特点;1.6 激光切割 ; 激光打孔的装置与激光焊接大致相似，打孔与焊接相比，要求聚焦后的激光束的功率密度更高，能把材料加热到气化温度，利用气化蒸发将材料去除。 一般用光学系统将光斑尺寸聚到几微米到几十微米。由于光斑可以聚得很细，所以能加工极微细和特别深的孔。从深径比来看，用激光打出的孔，其深度与孔径的比值可高达50以上，这是用其他方法难以达到的。例如用一般方法在极硬的氧化铝陶瓷上加工小孔所得到的深径比为2，超声波法只有4，而用激光打孔则可达25。 ; 可用于任何材料上打孔：软的如婴儿奶瓶盖上的胶嘴；硬的有天然钻石。 节省工序：生产化纤用的喷丝头，是用难熔的硬质合金制成的、一般要在直径为10cm的喷丝头上钻一万多个直径60μm的小孔，采用激光打孔后，工序由17道减为1道，节约劳动力2／3。; ;1.7 激光打孔 ;1.8 激光打标和激光雕刻 ;1.8 激光打标和激光雕刻 ; 雕刻是一门古老的艺术，传统工艺都是从外部刻起；激光却可以在不损伤工件外表面的情况下深入其内部进行操作。1996年8月在美国