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单击此处编辑母版标题样式,Page,*,6.激光加工,looloocqyahoo,1,6.1.激光加工原理和特点,1,激光加工原理,i,强度高；,激光的根本特征,I,利用光能经过透镜聚焦后到达很高的能量密度，依靠光热效应来加工各种材料。,ii,单色性好；,iii,方向性好；,2,6.1.激光加工原理和特点,1,激光加工原理,i,多数金属在光学波段上有较高的反射率；,光的吸收及能量的传输,II,激光器,工件,工作台,光阑,反射镜,聚焦镜,电源,ii,反射率随外表粗糙度的降低而增大；,iii,多数金属的反射率随波长的增加而增加；,3,6.1.激光加工原理和特点,1,激光加工原理,i,激光束在很薄的金属外表层被吸收，使自由电子的热运动增加，并在与晶格碰撞的短时间内转化为晶格的热振动能，引起材料升温；,材料的无损加热和破坏,III,ii,对于非金属材料，光能直接被材料的晶格吸收而使热振荡加剧；,iii,在足够功率密度的照射下，材料外表到达熔化和气化温度而破坏；,iv,在多个脉冲激光作用下材料一般是以蒸汽和熔融状形式被去除的；,4,6.1.激光加工原理和特点,1,激光加工原理,i,加工材料范围广，适用于加工各种金属材料和非金属材料，特别适用于加工高熔点材料，耐热合金及陶瓷、宝石、金刚石等硬脆材料；,激光加工特点,IV,ii,加工性能好，工件可离开加工机进行加工，可透过透明材料加工，可在其他加工方法不易到达的狭小空间进行加工；,iii,非接触加工方式，热变形小，加工精度较高；,iv,加工速度快，效率高；,5,6.1.激光加工原理和特点,1,激光加工原理,激光加工特点,IV,v,可进行微细加工。激光聚焦后焦点直径理论上可小至1以下，实际上可实现0.01mm的小孔加工和窄缝切割；,vi,激光加工不仅可以进行打孔和切割，也可进行焊接、热处理等；,vii,激光加工可控性好，易于实现自动控制。加工设备昂贵；,6,6.1.激光加工原理和特点,1,激光加工原理,激光加工的应用,V,i,打孔：金属或非金属材料；,ii,切断：各种金属、木材、布料、皮革、陶瓷等；,iii,划线：半导体、陶瓷；,iv,微调：膜电路的电阻微调；,v,调频：石英振子和音叉等；,vi,调动平衡：钟表摆轮、微型电动机、汽轮机；,vii,焊接；,viii,热处理：外表淬火等；,7,6.1.激光加工原理和特点,1,激光加工原理,激光的产生,VI,i,具有亚稳态能级结构的物质，在一定能量的激发下，出现“粒子数反转；,ii,在粒子数反转状态下，如果一束光子照射该物体，当光子能量等于两个能级的能量差时，受激辐射，输出大量光能；,较高能级亚稳态的粒子数目大于基态的粒子数；,8,6.2.激光加工设备,1,激光器,激光加工的重要设备，把电能转变为光能；,9,6.2.激光加工设备,1,激光器,一般采用光激发，能量转化环节多，光的鼓励能量大局部转化为热能，效率低；,固体激光器,I,YAG 掺钕钇石榴石 激光器使用较多；,一般为脉冲工作方式，装备冷却系统；,晶体缺陷和温度引起的光学不均匀性，不易获得单模输出；,10,6.2.激光加工设备,1,激光器,气体激光器,II,一般只能产生连续激光；,效率可达20%以上工作能级寿命长，有利于粒子数反转的累积；,二氧化碳气体激光器输出的能量与放电管长度成正比；,11,6.2.激光加工设备,2,激光器电源,根据加工工艺要求提供激光器所需要的能量；,包括电压控制、储能电容组、时间控制及触发器等；,3,光学系统,聚焦光束并观察和调整焦点位置；,包括显微镜瞄准、激光束聚焦、投影显示仪；,4,机械系统,主要包括床身、工作台及机电控制系统；,12,6.4.激光加工工艺及应用,1,激光打孔,大多数激光加工机采用吸气或吹气方式，帮助排除蚀除产物；,广泛应用于金刚石拉丝模、钟表宝石轴承、陶瓷、玻璃等非金属材料和硬质合金、不锈钢等金属材料的小孔加工。,超声调制的激光打孔可以增加打孔深度，改善孔壁的粗糙度，提高激光打孔效果；,13,6.4.激光加工工艺及应用,2,激光切割,具有切缝窄、速度快、热影响区小、省材料、本钱低等优点，并可以在任何方向上切割，包括内尖角；,可以切割钢板、不锈钢、钛、钽、镍等金属材料，以及布匹、木材、纸张、塑料等非金属材料；,一般采用高重复频率的脉冲激光器；,切割金属时，采用同轴吹氧工艺可以大大提高切割速度，改善外表粗糙度；,切割易燃材料时，采用同轴吹保护气体，防止烧焦和缩小切缝；,14,6.4.激光加工工艺及应用,3,激光焊接,激光焊接所需要的能量密度较低，只要将工件的加工区“烧熔使其粘合在一起；,脉冲输出的红宝石激光器和钕玻璃激光器适合于点焊，连续输出的二氧化碳激光器和,YAG,激光器适合缝焊；,焊接时间短，热影响区小，被焊工件不易氧化；,激光焊接车身,没有焊渣，不需去除工件氧化膜；,可实现不同材料之间的焊接；,15,6.4.激光加工工艺及应用,4,激光热处理,热处理过程：将激光扫射零件外表，其红外光能量被零件外表吸收而迅速形成极高的温度，使金属产生相变甚至熔融。随着光束离开零件外表，零件外表的热量迅速向内部传递形成极高的冷却速度；,加热快，热影响区小，工件变形小；,可以对形状复杂的零件或局部进行热处理；,自淬火，不需冷却介质；,淬硬层薄，费用贵；,16,
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