特种加工技术激光加工.ppt

关于特种加工技关于特种加工技术激激光加工光加工现在学习的是第1页，共27页目录目录激光加工简介激光加工简介1激光加工原理和特点激光加工原理和特点2激光加工基本设备的组成激光加工基本设备的组成3激光加工技术的应用激光加工技术的应用45现在学习的是第2页，共27页1.激光加工简介激光加工简介激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料（包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处对材料（包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一种加工新技术，涉及到光、机、理、打孔及微加工等的一种加工新技术，涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科。由于激光加工热影响区域电、材料及检测等多门学科。由于激光加工热影响区域小，光束方向性好，几乎可以加工任何材料。常用来进小，光束方向性好，几乎可以加工任何材料。常用来进行选择性加工，精密加工。由于激光加工的特殊特点，行选择性加工，精密加工。由于激光加工的特殊特点，其发展前景广阔，目前已广泛应用于激光焊接、激光切其发展前景广阔，目前已广泛应用于激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、切削加工，快速成形，激光割、表面改性、激光打标、切削加工，快速成形，激光钻孔和基板划片，半导体处理等。钻孔和基板划片，半导体处理等。现在学习的是第3页，共27页1.激光加工简介激光加工简介激光热加工激光热加工是指利是指利用激光束投射到材料表用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成面产生的热效应来完成加工过程加工过程,包括激光焊包括激光焊接、激光切割、表面改接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻性、激光打标、激光钻孔和微加工等。孔和微加工等。根据激光束与材料相互作用的机根据激光束与材料相互作用的机理理,大体可将激光加工分为大体可将激光加工分为激光热加工激光热加工和和光化学反应加工光化学反应加工光化学反应加工光化学反应加工是是指激光束照射到物体指激光束照射到物体,借助高密度高能光子引借助高密度高能光子引发或控制光化学反应的发或控制光化学反应的加工过程。包括光化学加工过程。包括光化学沉积、立体光刻、激光沉积、立体光刻、激光刻蚀等。刻蚀等。现在学习的是第4页，共27页2.激光加工原理和特点激光加工原理和特点激光加工激光加工是以激光为热源对工件进行热加工。是以激光为热源对工件进行热加工。激光加工激光加工是将激光束照射到工件的表面，以激光是将激光束照射到工件的表面，以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加面直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工可应用到不同层面和范围上。加工可应用到不同层面和范围上。激光加工原理激光加工原理现在学习的是第5页，共27页2.激光加工原理和特点激光加工原理和特点阶段一阶段一阶段二阶段二阶段三阶段三加工过程大体上可分为如下几个阶段：加工过程大体上可分为如下几个阶段：激光束照激光束照射工件材射工件材料（光的料（光的辐射能部辐射能部分被反射，分被反射，部分被吸部分被吸收并对材收并对材料加热，料加热，部分因热部分因热传导而损传导而损失）失）阶段四阶段四阶段五阶段五工件材工件材料吸收料吸收光能；光能；光能转变成热光能转变成热能是工件材料能是工件材料无损加热（激无损加热（激光进入工件材光进入工件材料的深度极浅，料的深度极浅，所以在焦点中所以在焦点中央，表面温度央，表面温度迅速升高）；迅速升高）；工件材料工件材料被熔化、被熔化、蒸发、汽蒸发、汽化并溅出化并溅出去除或破去除或破坏；坏；作用结作用结束与加束与加工区冷工区冷凝。凝。现在学习的是第6页，共27页2.激光加工原理和特点激光加工原理和特点激光加工特点激光加工特点1.1.由于它是无接触加工，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，由于它是无接触加工，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的。因此可以实现多种加工的目的。2.2.它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性、及它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性、及高熔点的材料。高熔点的材料。3.3.激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有影响或影响极小。因此，其热影响区小，工件热对非激光照射部位没有影响或影响极小。因此，其热影响区小，工件热变形小，后续加工量小。变形小，后续加工量小。激光具有的宝贵特性决定了激光在加工领域激光具有的宝贵特性决定了激光在加工领域存在的优势：存在的优势：现在学习的是第7页，共27页2.激光加工原理和特点激光加工原理和特点6.6.由于激光束易于导向、聚集实现作各方向变换，极易与数控系统配合，由于激光束易于导向、聚集实现作各方向变换，极易与数控系统配合，对复杂工件进行加工，因此是一种极为灵活的加工方法。对复杂工件进行加工，因此是一种极为灵活的加工方法。7.7.使用激光加工，生产效率高，质量可靠，经济效益好。例如：使用激光加工，生产效率高，质量可靠，经济效益好。例如：1 1美国通美国通用电器公司采用板条激光器加工航空发动机上的异形槽，不到用电器公司采用板条激光器加工航空发动机上的异形槽，不到4H4H即可高即可高质量完成，而原来采用电火花加工则需要质量完成，而原来采用电火花加工则需要9H9H以上。仅此一项，每台发动以上。仅此一项，每台发动机的造价可省机的造价可省5 5万美元。万美元。2 2激光切割钢件工效可提高激光切割钢件工效可提高8-208-20倍，材料可节省倍，材料可节省15-30%15-30%，大幅度降低了生产成本，并且加工精度高，产品质量稳定可靠。，大幅度降低了生产成本，并且加工精度高，产品质量稳定可靠。5.5.它可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。它可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。4.4.激光加工过程中无激光加工过程中无“刀具刀具”磨损，无磨损，无“切削力切削力”作用于工件。作用于工件。现在学习的是第8页，共27页3.激光加工基本设备的组成激光加工基本设备的组成激光加工的基本设备包括激光器、电源、光学系统及机激光加工的基本设备包括激光器、电源、光学系统及机械系统等四大部分。械系统等四大部分。v激光器：是激光加工的核心设备，它是把电能转换为光能，激光器：是激光加工的核心设备，它是把电能转换为光能，产生激光束；产生激光束；v激光器电源：为激光器提供电能以及实现激光器和机械系统激光器电源：为激光器提供电能以及实现激光器和机械系统 自动控制；自动控制；v光学系统：主要包括聚焦系统和观察瞄准系统；光学系统：主要包括聚焦系统和观察瞄准系统；v机械系统：包括床身、数控工作台和数控系统等。机械系统：包括床身、数控工作台和数控系统等。激光加工机的组成部分激光加工机的组成部分现在学习的是第9页，共27页3.激光加工基本设备的组成激光加工基本设备的组成激光加工示意图激光加工示意图现在学习的是第10页，共27页3.激光加工基本设备的组成激光加工基本设备的组成1.1.固体激光器固体激光器v固体激光器由工作物质、光泵、玻璃套管和滤光液、冷却水、固体激光器由工作物质、光泵、玻璃套管和滤光液、冷却水、聚光器以及谐振腔等组成聚光器以及谐振腔等组成v固体激光器常用的工作物质有红宝石、钕玻璃和掺钕钇铝石榴固体激光器常用的工作物质有红宝石、钕玻璃和掺钕钇铝石榴石三种石三种v固体激光器采用光激励，能量转化环节多，效率低固体激光器采用光激励，能量转化环节多，效率低激光加工常用激光器激光加工常用激光器现在学习的是第11页，共27页3.激光加工基本设备的组成激光加工基本设备的组成现在学习的是第12页，共27页3.激光加工基本设备的组成激光加工基本设备的组成2.2.气体激光器气体激光器v采用电激励，效率高、寿命长、连续输出功率大采用电激励，效率高、寿命长、连续输出功率大v用于切割、焊接、热处理等加工用于切割、焊接、热处理等加工现在学习的是第13页，共27页4.激光加工技术的应用激光加工技术的应用 由于激光加工技术具有许多其他加工技术所无法比由于激光加工技术具有许多其他加工技术所无法比拟的优点，所以应用较广。目前已成熟的激光加工技术拟的优点，所以应用较广。目前已成熟的激光加工技术包括：激光快速成形技术、激光焊接技术、激光打孔技包括：激光快速成形技术、激光焊接技术、激光打孔技术、激光打标技术、激光去重平衡技术、激光蚀刻技术、术、激光打标技术、激光去重平衡技术、激光蚀刻技术、激光微调技术、激光划线技术、激光切割技术、激光热激光微调技术、激光划线技术、激光切割技术、激光热处理和表面处理技术等。处理和表面处理技术等。现在学习的是第14页，共27页激光加工技术的应用激光加工技术的应用激光快速成型技术激光快速成型技术激光快速快速成型技术是指通过三维模型和激光快速快速成型技术是指通过三维模型和体积单元叠加的方法生产制造模型或者零件的工体积单元叠加的方法生产制造模型或者零件的工艺，也定义为加成技术。其制造原理是在计算机艺，也定义为加成技术。其制造原理是在计算机上生成零件的上生成零件的CADCAD模型，通过特殊的软件对模型，通过特殊的软件对CADCAD模模型进行切片处理，使一个复杂的三维零件转型进行切片处理，使一个复杂的三维零件转变成一系列的二维平面图形，计算机由此获变成一系列的二维平面图形，计算机由此获得扫描轨迹指令。根据得扫描轨迹指令。根据CADCAD给出的路线，数控给出的路线，数控系统控制激光束来回扫描，便可形成逐层堆积而系统控制激光束来回扫描，便可形成逐层堆积而形成的任意形状的实体模型。其类型主要有液体形成的任意形状的实体模型。其类型主要有液体材料的固化材料的固化(光敏树脂固化如光敏树脂固化如SLA)SLA)的点的点-线线-面、面、实体叠层制造实体叠层制造(LOM)(LOM)和区域选择激光烧结和区域选择激光烧结(SLS)(SLS)。现在学习的是第15页，共27页激光加工技术的应用激光加工技术的应用现在学习的是第16页，共27页4.激光加工技术的应用激光加工技术的应用激光焊接技术激光焊接技术1.1.激光焊接原理激光焊接原理(1)(1)热传导热焊接。热传导热焊接。采用的激光光斑功率密度小于采用的激光光斑功率密度小于105W/cm2105W/cm2时，激时，激光将金属表面加热到熔点和沸点之间。焊接时，光将金属表面加热到熔点和沸点之间。焊接时，金属材料表面将所吸收的激光能转变为热能，金属材料表面将所吸收的激光能转变为热能，使金属表面温度升高而熔化，然后通过热传导使金属表面温度升高而熔化，然后通过热传导方式把热能传向金属内部，使熔化区逐渐扩大，方式把热能传向金属内部，使熔化区逐渐扩大，凝固后形成焊点或焊缝，这种焊接机理称为热凝固后形成焊点或焊缝，这种焊接机理称为热传导热焊。传导热焊。镍钛诺线之间的焊接 金刚石锯片现在学习的是第17页，共27页4.激光加工技术的应用激光加工技术的应用(2)(2)激光深熔焊接。激光深熔焊接。当激光光斑上的功率密度大于当激光光斑上的功率密度大于106W/cm2106W/cm2时，金属在时，金属在激光的照射下被迅速加热，其表面温度在极短的时间内升激光的照射下被迅速加热，其表面温度在极短的时间内升高到沸点，使金属熔化或汽化，产生的金属蒸气以一定速高到沸点，使金属熔化或汽化，产生的金属蒸气以一定速度离开熔池，逸出的蒸气对熔化液态金属产生一个附加压度离开熔池，逸出的蒸气对熔化液态金属产生一个附加压力，使熔池金属表面向下凹陷，在激光光斑下产生一个小力，使熔池金属表面向下凹陷，在激光光斑下产生一个小凹坑。当光束在小孔底部继续加热时，所产生的金属蒸气凹坑。当光束在小孔底部继续加热时，所产生的金属蒸气一方面压迫坑底的液态金属使小坑进一步加深；另一方面，一方面压迫坑底的液态金属使小坑进一步加深；另一方面，坑外飞出的蒸气将熔化的金属挤向熔池四周，此过程连续坑外飞出的蒸气将熔化的金属挤向熔池四周，此过程连续进行下去，便在液态金属中形成一个细长的孔洞而进行焊进行下去，便在液态金属中形成一个细长的孔洞而进行焊接，因此称之为激光深熔焊。接，因此称之为激光深熔焊。现在学习的是第18页，共27页4.激光加工技术的应用激光加工技术的应用现在学习的是第19页，共27页4.激光加工技术的应用激光加工技术的应用激光打标技术激光打标技术 激光打标技术是激光加激光打标技术是激光加工最大的应用领域之一。工最大的应用领域之一。激光打标是利用高能量密激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部度的激光对工件进行局部照射，使表层材料汽化或照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记的一从而留下永久性标记的一种打标方法。激光打标可种打标方法。激光打标可以打出各种文字、符号和以打出各种文字、符号和图案等，字符大小可以从图案等，字符大小可以从毫米量到微米量级，这对毫米量到微米量级，这对产品的防伪有特殊的意义。产品的防伪有特殊的意义。激光打标激光竹简激光刻线现在学习的是第20页，共27页4.激光加工技术的应用激光加工技术的应用激光打孔技术激光打孔技术大功率电子管栅极（钼，厚0.3mm，线宽0.3mm）1.1.激光打孔的原理和方式激光打孔的原理和方式在所有的打孔技术中激光打孔是最新的无屑加工技术。在所有的打孔技术中激光打孔是最新的无屑加工技术。在工业用脉冲激光器中，光泵浦的在工业用脉冲激光器中，光泵浦的NdNd：YAGYAG固体激光器调固体激光器调制后输出的脉冲峰值功率是比较高的。聚焦后焦点处的功制后输出的脉冲峰值功率是比较高的。聚焦后焦点处的功率密度达到率密度达到107W/cm2107W/cm2的量级。如此高的能量密度足以汽化的量级。如此高的能量密度足以汽化任何已知的材料。激光打孔分为五个阶段：表面加热、表面任何已知的材料。激光打孔分为五个阶段：表面加热、表面熔化、汽化、气态物质喷射和液态物质喷射熔化、汽化、气态物质喷射和液态物质喷射 。现在学习的是第21页，共27页4.激光加工技术的应用激光加工技术的应用手机翻盖（铝合金，厚0.8mm，孔径0.7mm）2.2.激光打孔的特点及应用激光打孔的特点及应用激光打孔的特点是速度快、效率高，现在最快每秒可激光打孔的特点是速度快、效率高，现在最快每秒可以实现打以实现打100100孔；打孔的孔径可以从几微米到任意孔径；孔；打孔的孔径可以从几微米到任意孔径；可以实现在任何材料上打孔，如宝石、金刚石、陶瓷、可以实现在任何材料上打孔，如宝石、金刚石、陶瓷、金属、半导体、聚合物和纸等；不需要工具，也就不存金属、半导体、聚合物和纸等；不需要工具，也就不存在工具磨损和更换工具，因此特别适合自动化打孔。另在工具磨损和更换工具，因此特别适合自动化打孔。另外，激光还可以打斜孔，如航空发动机上大量的斜孔加外，激光还可以打斜孔，如航空发动机上大量的斜孔加工。与其他高能束打孔相比，激光打孔不需要抽真空，工。与其他高能束打孔相比，激光打孔不需要抽真空，能够在大气中进行打孔。能够在大气中进行打孔。现在学习的是第22页，共27页4.激光加工技术的应用激光加工技术的应用激光切割技术激光切割技术与传统的机械切割方式和其他切割方式与传统的机械切割方式和其他切割方式(如等离子切如等离子切割、水切割、氧溶剂电弧切割、冲裁等割、水切割、氧溶剂电弧切割、冲裁等)相比，激光切割具有相比，激光切割具有如下优点。如下优点。(1)(1)切缝细小，可以实现几乎任意轮廓线的切割。切缝细小，可以实现几乎任意轮廓线的切割。(2)(2)切割速度高。切割速度高。(3)(3)切口的垂直度和平行度好，表面粗糙度好。切口的垂直度和平行度好，表面粗糙度好。(4)(4)热影响区非常小，工件变形小。热影响区非常小，工件变形小。(5)(5)几乎没有氧化层。几乎没有氧化层。现在学习的是第23页，共27页4.激光加工技术的应用激光加工技术的应用(6)(6)几乎不受切割材料的限制，能切割易几乎不受切割材料的限制，能切割易碎的脆性材料和极软、极硬的材料，既可碎的脆性材料和极软、极硬的材料，既可以切割金属，也可以切割非金属如玻璃、以切割金属，也可以切割非金属如玻璃、陶瓷以及木材、布料、纸张等。陶瓷以及木材、布料、纸张等。(7)(7)无力接触式加工，没有无力接触式加工，没有“刀具刀具”磨损，磨损，也不会破坏精密工件的表面。也不会破坏精密工件的表面。(8)(8)具有高度的适应性、加工柔性高，可以实具有高度的适应性、加工柔性高，可以实现小批量、多品种的高效自动化加工。现小批量、多品种的高效自动化加工。(9)(9)噪声小，无公害。噪声小，无公害。现在学习的是第24页，共27页4.激光加工技术的应用激光加工技术的应用激光融覆技术激光融覆技术1.1.激光熔覆的原理激光熔覆的原理激光熔覆是利用高能密度激光束将具有不同成分、激光熔覆是利用高能密度激光束将具有不同成分、性能的合金与基材表面快速熔化，在基材表面形成与基性能的合金与基材表面快速熔化，在基材表面形成与基材具有完全不同成分和性能的合金层的工艺技术，是材材具有完全不同成分和性能的合金层的工艺技术，是材料表面改性技术的一种重要方法。料表面改性技术的一种重要方法。激光熔覆：线材轧辊修复（低合金高强钢，熔覆高度8mm）现在学习的是第25页，共27页4.激光加工技术的应用激光加工技术的应用2.2.激光熔覆的特点与应用激光熔覆的特点与应用激光熔覆的主要目的是在廉价金属材料表面形成高性能激光熔覆的主要目的是在廉价金属材料表面形成高性能的合金层，达到降低成本、提高零件表面耐磨、耐蚀及耐高的合金层，达到降低成本、提高零件表面耐磨、耐蚀及耐高温抗氧化等的综合性能。激光熔覆的合金材料包括自熔性合温抗氧化等的综合性能。激光熔覆的合金材料包括自熔性合金材料、炭化物弥散或复合材料、陶瓷材料等。这类材料具金材料、炭化物弥散或复合材料、陶瓷材料等。这类材料具有优异的耐磨、耐蚀等性能，通常以粉末的形式使用。在激有优异的耐磨、耐蚀等性能，通常以粉末的形式使用。在激光熔覆工艺中还有单道、多道、单层、多层等多种形式。通光熔覆工艺中还有单道、多道、单层、多层等多种形式。通过多道搭界和多层叠加，可以实现宽度和厚度的增加。激光过多道搭界和多层叠加，可以实现宽度和厚度的增加。激光熔覆时常出现气孔和裂纹等现象，应尽量防止。熔覆时常出现气孔和裂纹等现象，应尽量防止。现在学习的是第26页，共27页感感谢谢大大家家观观看看现在学习的是第27页，共27页