新激光课件第十章-激光加工技术.ppt

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1、1 1拦骑伎番侥织另丹桅惯兴弓铸肖晨镶贤漱貉什突磁式炭弃份蔑耕吧铱漠薄新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术10.1 10.1 激光热加工原理激光热加工原理1.无论是哪一种激光加工的方法，都要将一定功率无论是哪一种激光加工的方法，都要将一定功率激光束聚焦于被加工物体上，使激光与物质相互作用。激光束聚焦于被加工物体上，使激光与物质相互作用。在不同激光参数下的各种加工的应用范围如图。在不同激光参数下的各种加工的应用范围如图。一、激光热加工原理一、激光热加工原理各种参数条件下激光加工的可能应用和影响各种参数条件下激光加工的可能应用和影响2 2渡娶纂纷恒镇碾菏平歉艾蹄

2、跳忠蝗坑评毯御程涎夜嚎类谬渭触悉条互余火新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术2.激光与材料的相互作用过程激光与材料的相互作用过程(1)材料对激光的吸收材料对激光的吸收 激光激光热热加工加工时时首先首先发发生的是材料生的是材料对对激光能量的吸激光能量的吸收。透入材料内部的光能主要收。透入材料内部的光能主要对对材料起加材料起加热热作用。作用。不同材料不同材料对对不同波不同波长长激光吸收率不同。假激光吸收率不同。假设设材料材料表面表面反射率反射率为为R，则则吸收率吸收率为为 当激光由空气垂直入射到平板材料上当激光由空气垂直入射到平板材料上时时，根据菲，根据菲涅涅尔

3、尔公式，反射率公式，反射率为为 (2)材料的加热材料的加热 设设入射激光束的光功率密度入射激光束的光功率密度为为q qi i，材料表面吸收，材料表面吸收的光功率密度的光功率密度为为q q0 0 ，则则有有 3 3爬汗呢窘视酉吧蘸约佩凝煤袖佣谴臭孵鹿把悟诺摘斥赣颐铆案试瑶陵汰吞新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术激光从表面入射到材料内部深度激光从表面入射到材料内部深度为为z z处处的光的光强强 一般将激光在材料内的穿透深度定一般将激光在材料内的穿透深度定义为义为光光强强降至降至I I0 0/e/e时时的深度，因而穿透深度的深度，因而穿透深度为为1/1/为为了得

4、到加了得到加热阶热阶段的温度分布，必段的温度分布，必须须求解求解热传导热传导微分方程。微分方程。对对于各向同性的均匀材料，激光加于各向同性的均匀材料，激光加热热的的热传导热传导偏微分方程的一般形式偏微分方程的一般形式为为 如果光功率的如果光功率的损损耗全部耗全部变变成成热热量，量，则则有有 从理从理论论上上讲讲，根据加工，根据加工时时的各工的各工艺艺参数以及初参数以及初始条件，可以解出加工始条件，可以解出加工过过程中激光照射区的温度程中激光照射区的温度场场分布。分布。但实际上，但实际上，热传导热传导方程的求解十分困方程的求解十分困难难.为吸收系数为吸收系数4 4计疾昌炮斧滦核僚暮本嫂裂培掐嗓乾

5、埂振暗刃怜楚腔喂脉刨甥返蛛善猎装新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术简化：简化：如果半无限大（即物体厚度无限大）物体如果半无限大（即物体厚度无限大）物体表面受到均匀的激光垂直照射加表面受到均匀的激光垂直照射加热热，被材料表面吸，被材料表面吸收的光功率密度不随收的光功率密度不随时间时间改改变变，而且光照，而且光照时间时间足足够够长长，以至被吸收的能量、所，以至被吸收的能量、所产产生的温度、生的温度、导热导热和和热热辐辐射之射之间间达到达到动动平衡，此平衡，此时圆时圆形激光光斑中心的温形激光光斑中心的温度可以由下式确定度可以由下式确定 如果光照如果光照时间为时间

6、为有限有限长长，考察点离开表面的距离也，考察点离开表面的距离也不不为为零，此零，此时圆时圆形激光光斑中心形激光光斑中心轴线轴线上考察点的温上考察点的温度度为为 进进一步假一步假设设照射激光是高斯光束，且入射到表面照射激光是高斯光束，且入射到表面上的光束有效半径上的光束有效半径为为 ，则则激光光斑的功率密度可激光光斑的功率密度可用离开中心的距离用离开中心的距离r r表示表示为为 5 5伐白缩喂惕弧彦涪娄滚匙啥惟椰喉斯浴怂排续社匠诛曰刽剧垦蒂离胸陛遵新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术持持续续加加热热得到的光斑中心的温度最大得到的光斑中心的温度最大值为值为 (3

7、)材料的熔化与汽化材料的熔化与汽化 激光功率密度激光功率密度过过高，材料在表面汽化，不在深高，材料在表面汽化，不在深层层熔化；激光功率密度熔化；激光功率密度过过低，低，则则能量会能量会扩扩散到散到较较大的大的体体积积内，使焦点内，使焦点处处熔化的深度很小熔化的深度很小(4)激光等离子体屏蔽现象激光等离子体屏蔽现象 激光作用于靶表面，引激光作用于靶表面，引发发蒸汽，蒸汽蒸汽，蒸汽继续继续吸收激吸收激光能量，使温度升高，最后在靶表面光能量，使温度升高，最后在靶表面产产生高温高密生高温高密度的等离子体。等离子体迅速向外膨度的等离子体。等离子体迅速向外膨胀胀，在此，在此过过程程中中继续继续吸收入射激光

8、，阻止激光到达靶面，切断了吸收入射激光，阻止激光到达靶面，切断了激光与靶的能量耦合。激光与靶的能量耦合。6 6尝筹辩搂菇嚎荷瑚坟幽六悠要辩频印稳殆挺盒兰魔诡近孽渴污颅点左啼模新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术如图为等离子云变化的过程如图为等离子云变化的过程10.2 10.2 激光表面改性技术激光表面改性技术1.激光淬火技术，又称激光相变硬化，它利用聚焦激光淬火技术，又称激光相变硬化，它利用聚焦后的激光束照射到钢铁材料表面，使其温度迅速升后的激光束照射到钢铁材料表面，使其温度迅速升到相变点到相变点以上。当激光移开后，由于仍以上。当激光移开后，由于仍处处于低温

9、的于低温的内内层层材料的快速材料的快速导热导热作用，使表作用，使表层层快速冷却到快速冷却到马马氏氏体相体相变变点以下，点以下，获获得淬硬得淬硬层层。一、一、激光淬火技术的原理与应用激光淬火技术的原理与应用7 7慢棘诌号胚芳迸番牧敬贴峪棍愧阐镀梦瑟咯瞥椽抢材氖锌郝我托撑鹰憾甲新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术2.如图为一台柔性激光加工系统的示意图。它通如图为一台柔性激光加工系统的示意图。它通过五维运动的工作头把激光照射到被加工的表面，过五维运动的工作头把激光照射到被加工的表面，在计算机控制下直接扫描被加工表面完成激光淬在计算机控制下直接扫描被加工表面完成激光

10、淬火。火。柔性激光加工系统示意图柔性激光加工系统示意图3.激光淬火可以使工件表层激光淬火可以使工件表层0.1到到1.0mm范围内范围内的组织结构和性能发生明显变化。如图为的组织结构和性能发生明显变化。如图为45钢表钢表面激光淬火区横截面金相组织图面激光淬火区横截面金相组织图钢表面激光淬火区横截面金相组织图钢表面激光淬火区横截面金相组织图8 8冶驼木监芹赊育柬渣袍出儿捡怂谦昼裂瞄葫肄港搞赃剿柑淆卢扎半哼闰惩新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术4.如图为该淬火区显微硬度沿深度方向的分布曲线如图为该淬火区显微硬度沿深度方向的分布曲线5.依据激光器的特点不同，依据激

11、光器的特点不同，激光淬火可分为激光淬火可分为CO2激光淬激光淬火和火和YAG激光淬火。但两者激光淬火。但两者中影响淬硬性能的主要因素中影响淬硬性能的主要因素基本相同。基本相同。1)材料成分材料成分：是通过材料的淬：是通过材料的淬硬性和淬透性来影响激光淬硬硬性和淬透性来影响激光淬硬层深度与硬度的。一般说来，层深度与硬度的。一般说来，随着钢中含碳量的增加，淬火随着钢中含碳量的增加，淬火后马氏体的含量也增加，激光后马氏体的含量也增加，激光淬硬层的显微硬度也就越高。淬硬层的显微硬度也就越高。基材含碳量与激光淬火层显微硬度的关系基材含碳量与激光淬火层显微硬度的关系9 9年现艇蜕伪弛驹茵傈哥遂甥铜剥芬蒸稀

12、押蛆随丘秦镰对膜苫敝逾碉掩茬垢新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术2)激光工艺参数：激光工艺参数：激光淬火层的宽度主要决定于激光淬火层的宽度主要决定于光斑直径；淬硬层深度由激光功率、光斑直径和光斑直径；淬硬层深度由激光功率、光斑直径和扫描速度共同决定；描述激光淬火的另一个重要扫描速度共同决定；描述激光淬火的另一个重要工艺参数为功率密度，即单位面积注入工件表面工艺参数为功率密度，即单位面积注入工件表面的激光功率。为了使材料表面不熔化，激光淬火的激光功率。为了使材料表面不熔化，激光淬火的功率密度通常低于的功率密度通常低于104Wcm2，一般为，一般为1000-6

13、000Wcm2。3)表面表面预处预处理状理状态态：一是表面组织淮备，即通过调质一是表面组织淮备，即通过调质处理等手段使钢铁材料表面具有较细的表面组织，以处理等手段使钢铁材料表面具有较细的表面组织，以便保证激光淬火时组织与性能的均匀、稳定。便保证激光淬火时组织与性能的均匀、稳定。原始组织原始组织及扫描速及扫描速度对激光度对激光淬硬层深淬硬层深度的影响度的影响二是表面二是表面“黑化黑化”处理，处理，以便提高钢铁表面以便提高钢铁表面对激光束的吸收率。对激光束的吸收率。1010钩蚜藤和禾恶甫刨咨冒舆业淡寸川孙壤椒检仰委爸溃漏级哨骇咀节缸靡静新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激

14、光加工技术二、二、激光表面熔凝技术激光表面熔凝技术1.用激光束将表面熔化而不加任何合金元素，用激光束将表面熔化而不加任何合金元素，以达到表面组织改善的目的。与激光淬火工艺相比，以达到表面组织改善的目的。与激光淬火工艺相比，激光熔凝处理的关键是使材料表面经历了一个快速熔激光熔凝处理的关键是使材料表面经历了一个快速熔化一凝固过程，所获得的熔凝层为铸态组织。工件横化一凝固过程，所获得的熔凝层为铸态组织。工件横截面沿深度方向的组织依次为：熔凝层、相变硬化层、截面沿深度方向的组织依次为：熔凝层、相变硬化层、热影响区和基材，如图。热影响区和基材，如图。激光熔凝处理后横截面组织示意图激光熔凝处理后横截面组织

15、示意图2.如下如下图给出了激光熔凝处理后，图给出了激光熔凝处理后，T10钢表面显微硬钢表面显微硬度沿深度方向的分布。度沿深度方向的分布。T10钢激光熔凝层显微硬度沿淬硬层深度的分布钢激光熔凝层显微硬度沿淬硬层深度的分布1111属古迷披打刻怂避母弓键唤扔瓮顺甭喷雹聋诌灶屹淌褐污赌鳃垛洒销夕击新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术三、三、激光熔覆技术激光熔覆技术1.激光熔覆激光熔覆(Laser Cladding)技术亦称激光包覆、技术亦称激光包覆、激光涂覆、激光熔敷，是一种新的表面改性技术。激光涂覆、激光熔敷，是一种新的表面改性技术。它通过在基材表面添加熔覆材料，

16、利用高功率密度它通过在基材表面添加熔覆材料，利用高功率密度的激光束使之与基材表面一起熔凝的方法，在基材的激光束使之与基材表面一起熔凝的方法，在基材表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层，以改善其表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层，以改善其表面性能的工艺。表面性能的工艺。2.激光熔覆技术具有的优点激光熔覆技术具有的优点3.激光熔覆工艺依据材料的添加方式不同，分为预激光熔覆工艺依据材料的添加方式不同，分为预置涂层法和同步送料法。置涂层法和同步送料法。4.同步送料法指在激光束照射基材的同时，将待熔同步送料法指在激光束照射基材的同时，将待熔覆的材料送入激光熔池，经熔融、冷凝后形成熔覆覆的材料送入激光熔池，

17、经熔融、冷凝后形成熔覆层的工艺过程。激光熔覆材料包括金属、陶瓷或者层的工艺过程。激光熔覆材料包括金属、陶瓷或者金属陶瓷，材料的形式可以是粉末、丝材或者板材，金属陶瓷，材料的形式可以是粉末、丝材或者板材，工艺过程如图。工艺过程如图。1212绚赠馈冈蛔肝脆前撼苔边唾橇佬贰荫霹梧目惰磊长瓦蛆节速镜影伎晶氢净新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术同步送料法激光熔覆示意图同步送料法激光熔覆示意图5.评价激光熔覆层质量的主要指标为：熔覆层厚度、评价激光熔覆层质量的主要指标为：熔覆层厚度、宽度、形状系数宽度、形状系数(宽度厚度宽度厚度)、稀释率、硬度及其、稀释率、硬度及其沿

18、深度分布、基板的热影响区深度及变形程度等。沿深度分布、基板的热影响区深度及变形程度等。熔覆层的截面示意图熔覆层的截面示意图6.激光熔覆层的宽度主要决定于光斑直径；而激光激光熔覆层的宽度主要决定于光斑直径；而激光熔覆层的厚度与送粉量、扫描速度、功率密度等参熔覆层的厚度与送粉量、扫描速度、功率密度等参数密切相关。数密切相关。1313侠刽碳徊日垮始歇剩留搂朴族逾歉练享熄县竣账奏僳豫鞋运澄弯吴赠抠饶新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术7.常用激光熔覆材料包括镍基、铁基、钴基、铜常用激光熔覆材料包括镍基、铁基、钴基、铜基自熔合金以及上述合金与碳化物基自熔合金以及上述合

19、金与碳化物(WC、TiC、SiC等等)颗粒组成的金属陶瓷复合粉末、颗粒组成的金属陶瓷复合粉末、Al203、ZrO2等陶瓷材料。常用的基材包括钢铁、铝合等陶瓷材料。常用的基材包括钢铁、铝合金、铜合金、镍合金和钛合金等。金、铜合金、镍合金和钛合金等。1.激光打孔原理激光打孔原理：激光打孔机的：激光打孔机的基本结构包括激光器、加工头、基本结构包括激光器、加工头、冷却系统、数控装置和操作面盘。冷却系统、数控装置和操作面盘。加工头将激光束聚焦在材料上需加工头将激光束聚焦在材料上需加工孔的位置，适当选择各加工加工孔的位置，适当选择各加工参数，激光器发出光脉冲就可以参数，激光器发出光脉冲就可以加工出需要的孔

20、。加工出需要的孔。一、一、激光打孔激光打孔10.3 10.3 激光去除材料技术激光去除材料技术激光打孔机的基本结构示意图激光打孔机的基本结构示意图1414弹诊逆姬缮帧仇衣疡铀烬毒厂缉耸瓤掩且拴脓叙修腻慎言吃坍碑棕问恋砍新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术2.激光打孔时材料的去除主要与激光作用区内物激光打孔时材料的去除主要与激光作用区内物质的破坏及破坏产物的运动有关。严格分析激光质的破坏及破坏产物的运动有关。严格分析激光打孔的成因需要解决激光打孔时产生的蒸气和粘打孔的成因需要解决激光打孔时产生的蒸气和粘性液体沿孔壁流动的动力学问题，这里性液体沿孔壁流动的动力学

21、问题，这里只根据一些实验关系，建立一个唯象的只根据一些实验关系，建立一个唯象的描述对激光打孔的激光束几何参数和总描述对激光打孔的激光束几何参数和总能量与孔的深度和孔径之间的关系进行能量与孔的深度和孔径之间的关系进行估算估算如图为激光打孔原理简图如图为激光打孔原理简图 激光打孔激光打孔几何原理简图几何原理简图 如果在如果在t t时刻孔的底面半径为时刻孔的底面半径为r(t)r(t)，孔深为，孔深为h(t)h(t)，则有，则有 考考虑虑材料从孔底蒸材料从孔底蒸发发，而熔化，而熔化的液体从孔壁流走，的液体从孔壁流走，t t时刻的能量守时刻的能量守恒方程为恒方程为 1515枪钧动隙骏沼金眠幌铆弹耕衡猪世

22、守公衅真肚耳股舆劝殖保述疑逼怂符铅新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术 当当 时，可以近似解出用激时，可以近似解出用激光加工的总能量表示的孔深度和孔径为光加工的总能量表示的孔深度和孔径为 3.激光打孔工艺参数的影响激光打孔工艺参数的影响 脉冲宽度对打孔的影响脉冲宽度对打孔的影响 ：脉冲宽度对打孔深度、脉冲宽度对打孔深度、孔径、孔形的影响较大。窄脉冲能够得到较深而且孔径、孔形的影响较大。窄脉冲能够得到较深而且较大的孔；宽脉冲不仅使孔深度、孔径变小，而且较大的孔；宽脉冲不仅使孔深度、孔径变小，而且使孔的表面粗糙度变大，尺寸精度下降。使孔的表面粗糙度变大，尺寸精度

23、下降。1616柯嫉暴逃涧殖噪藏察姨卉湛耗驹便赋静庇酒凋眯特者鸥姜磕超午笼洲捅内新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术 激光打孔中离焦量对打孔的影响激光打孔中离焦量对打孔的影响 当激光聚焦于材料上表面时，打出的孔比当激光聚焦于材料上表面时，打出的孔比较深，锥度较小。在焦点处于表面下某一位置时相同较深，锥度较小。在焦点处于表面下某一位置时相同条件下打出的孔最深；而过分的入焦和离焦都会使得条件下打出的孔最深；而过分的入焦和离焦都会使得激光功率密度大大降低，以至打成盲孔。激光功率密度大大降低，以至打成盲孔。离焦量对打孔质量的影响离焦量对打孔质量的影响1717谚唁鸵灌省

24、诅绽抠要根斤锤兰茨镣到癌筒鸯撵毅泰谍些让宪终虎首皇礼钩新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术 被加工材料对打孔的影响被加工材料对打孔的影响 脉冲激光的重复频率对打孔的影响脉冲激光的重复频率对打孔的影响 用调用调QQ方法取得巨脉冲时，脉冲的平均功方法取得巨脉冲时，脉冲的平均功率基本不变，脉宽也不变，重复频率越高，脉率基本不变，脉宽也不变，重复频率越高，脉冲的峰值功率越小，单脉冲的能量也越小。这样打出冲的峰值功率越小，单脉冲的能量也越小。这样打出的孔深度要减小。的孔深度要减小。材料对激光的吸收率直接影响到打孔的效率。由于材料对激光的吸收率直接影响到打孔的效率。由于

25、不同材料对不同激光波长有不同的吸收率，必须根据不同材料对不同激光波长有不同的吸收率，必须根据所加工的材料性质选择激光器。所加工的材料性质选择激光器。4.应用实例：用激光加工系统打薄板筛孔应用实例：用激光加工系统打薄板筛孔 薄板打孔效果图薄板打孔效果图1818余橡浅违侨糙耽瓷芒围氏绞襄墓摩竣醚柑伏那如庇绵虞买制嘲拍搅瘪市乓新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术二、二、激光切割激光切割1.激光切割的原理与特点激光切割的原理与特点 切割过程中激光光束聚焦成很小的光点（最小直切割过程中激光光束聚焦成很小的光点（最小直径可小于径可小于0.1mm）使焦点处达到很高功率密度

26、（可超）使焦点处达到很高功率密度（可超过过106W/cm2）。如图为激光切割头的结构，除了透镜）。如图为激光切割头的结构，除了透镜以外它还有一个喷出辅助气体流的同轴喷嘴。以外它还有一个喷出辅助气体流的同轴喷嘴。2.激光切割的特点激光切割的特点3.激光切割分类及其机理激光切割分类及其机理 激光切割头的结构示意图激光切割头的结构示意图 汽化切割汽化切割:工件在激光作用下工件在激光作用下快速加热至沸点，部分材料化作快速加热至沸点，部分材料化作蒸汽逸去，部分材料为喷出物从蒸汽逸去，部分材料为喷出物从切割缝底部吹走。这种切割机制切割缝底部吹走。这种切割机制所需激光功率密度一般为所需激光功率密度一般为10

27、108 8/cm/cm2 2左右，是无熔化材料的切割左右，是无熔化材料的切割方式。方式。1919宝第陷寡拿瞒领宅洋陷楚站纂雕赞酮秆氖藕杨伤愉速昭亏半条沥淀甥哪邱新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术 熔化切割熔化切割:激光将工件加热至熔化状态，与光激光将工件加热至熔化状态，与光束同轴的氩、氦、氮等辅助气流将熔化材料从切束同轴的氩、氦、氮等辅助气流将熔化材料从切缝中吹掉。熔化切割所需的激光功率密度一般为缝中吹掉。熔化切割所需的激光功率密度一般为10107 7/cm/cm2 2左右。左右。氧助熔化切割氧助熔化切割:金属被激光迅速加热至燃点以上，金属被激光迅速加热至

28、燃点以上，与氧发生剧烈的氧化反应（即燃烧），放出大量的热，与氧发生剧烈的氧化反应（即燃烧），放出大量的热，又加热下一层金属，金属被继续氧化，并借助气体压又加热下一层金属，金属被继续氧化，并借助气体压力将氧化物从切缝中吹掉。力将氧化物从切缝中吹掉。4.激光切割的工艺参数及其规律激光切割的工艺参数及其规律激光切割的工艺参数及其规律激光切割的工艺参数及其规律 激光功率激光功率:激光切割时所需功率的大小，是由材激光切割时所需功率的大小，是由材料性质和切割机理决定的。料性质和切割机理决定的。切割速度切割速度:在一定功率条件下，板厚越大，切割速度在一定功率条件下，板厚越大，切割速度越小。切割速度对切口表面

29、粗糙度也有较大影响。越小。切割速度对切口表面粗糙度也有较大影响。2020擅跳恍亲丙稗创扰于漫声烤惩煎婶几遥忱印铬缴舞雨征犯蝉载羔啄扬否债新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术 喷嘴：喷嘴：喷嘴是影响激光切割质量和效率的喷嘴是影响激光切割质量和效率的个重个重要部件。激光切割一般采用同轴要部件。激光切割一般采用同轴(气流与光轴同心气流与光轴同心)喷喷嘴，喷嘴出口直径大小应依据板厚加以选择。另外，嘴，喷嘴出口直径大小应依据板厚加以选择。另外，喷嘴到工件表面的距离对切割质量也有较大影响，为喷嘴到工件表面的距离对切割质量也有较大影响，为了保证切割过程稳定，这个距离必须保

30、持不变。了保证切割过程稳定，这个距离必须保持不变。气体的压力：气体的压力：在功率和切割材料板厚一定时，在功率和切割材料板厚一定时，有一最佳切割气体流量，这时切割速度最快。随着有一最佳切割气体流量，这时切割速度最快。随着激光功率的增加，切割气体的最佳流量是增大的。激光功率的增加，切割气体的最佳流量是增大的。光束质量、透镜焦距和离焦量：光束质量、透镜焦距和离焦量：激光器输出光束的激光器输出光束的模式为基横模时对激光切割最为有利。光斑大小与聚模式为基横模时对激光切割最为有利。光斑大小与聚焦透镜的焦距成正比。短焦距的透镜虽然可以得到较焦透镜的焦距成正比。短焦距的透镜虽然可以得到较小光斑，但焦深很小。离

31、焦量对切割速度和切割深度小光斑，但焦深很小。离焦量对切割速度和切割深度影响较大，切割过程中必须保持不变，一般离焦量选影响较大，切割过程中必须保持不变，一般离焦量选用负值，即焦点位置置于切割板面下面某一点。用负值，即焦点位置置于切割板面下面某一点。2121疏熄醇悯恐实粉两排排星焦星较杜涛蜜船醉婿伟穆铡拿钟混皆几劣衡帧威新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术5.工业材料的激光切割工业材料的激光切割工业材料的激光切割工业材料的激光切割 金属材料的激光切割金属材料的激光切割:二氧化碳激光器成功的用二氧化碳激光器成功的用于许多金属的切割实践于许多金属的切割实践；利用氧助

32、熔化切割方法切利用氧助熔化切割方法切割碳钢板的切缝可控制在满意的宽度范围内割碳钢板的切缝可控制在满意的宽度范围内 ；大多大多数合金结构钢和合金工具钢都能够用激光切割方法数合金结构钢和合金工具钢都能够用激光切割方法得到良好的切边质量得到良好的切边质量 ；铝及铝合金不能用氧助熔化铝及铝合金不能用氧助熔化切割而要熔化切割机制切割而要熔化切割机制 ；飞机制造业常用的钛及钛飞机制造业常用的钛及钛合金采用空气作为辅助气体比较稳妥，可以确保切合金采用空气作为辅助气体比较稳妥，可以确保切割质量；大多数镍基合金也可实施氧助熔化切割；割质量；大多数镍基合金也可实施氧助熔化切割；铜及铜合金反射率太高，基本上不能用铜

33、及铜合金反射率太高，基本上不能用10.610.6的二氧的二氧化碳激光进行切割。化碳激光进行切割。2222熊锻豪疏碱晌沸狭聊寒涧茹粕纽僵韶沦阳前氏依刽恼治亚哎址宴八语汹炼新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术非金属材料的激光切割：非金属材料的激光切割：塑料、橡胶、木材、塑料、橡胶、木材、纸制品、皮革、天然织物及其它有机材料都可纸制品、皮革、天然织物及其它有机材料都可以用激光进行切割，但是木材的厚度需有所限制。以用激光进行切割，但是木材的厚度需有所限制。无机材料中石英和陶瓷可以用激光进行切割，后者无机材料中石英和陶瓷可以用激光进行切割，后者宜用控制断裂切割且不可使

34、用高功率。玻璃和石头宜用控制断裂切割且不可使用高功率。玻璃和石头一般不宜用激光切割。一般不宜用激光切割。1.激光激光焊焊接是一种材料接是一种材料连连接，主要是金属材料之接，主要是金属材料之间间连连接的技接的技术术。它和。它和传统传统的的焊焊接技接技术术一一样样，通，通过过将材将材料料连连接区的部分熔化而将两个零件或部件接区的部分熔化而将两个零件或部件连连接起来。接起来。10.4 10.4 激光焊接激光焊接2323搪寨怎竖柄扇氢银屯蹲脊目操静吱跺红寄躺笔宙破翘勤氯辑年炙亿辰盘做新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术2.激光焊接相对于传统方式的优点：激光焊接相对于

35、传统方式的优点：1 1）用激光很容易对一些普通焊接技术难以加工）用激光很容易对一些普通焊接技术难以加工的如脆性大、硬度高或柔软性强的材料实施焊接。的如脆性大、硬度高或柔软性强的材料实施焊接。2 2）在激光焊接过程中无机械接触）在激光焊接过程中无机械接触,易保证焊接部位不易保证焊接部位不因热压缩而发生变形因热压缩而发生变形 3 3）激光束易于控制的特点使得焊接工作能够更方便）激光束易于控制的特点使得焊接工作能够更方便的实现自动化和智能化。的实现自动化和智能化。阴极芯的激光焊接设备原理图阴极芯的激光焊接设备原理图 1:光束分束器；光束分束器；2:聚焦透镜；聚焦透镜；3：阴极芯：阴极芯3.一种一种显

36、显象管阴极芯的激光象管阴极芯的激光焊焊接接设备设备原理原理 2424霄蛾客妇铃茸霜唾拌淘危竿羊奴藉韵钨冗豁过涪穗杜午蚁婚蜕歌题盅诈肘新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术4.激光激光焊焊接主要有接主要有热导焊热导焊和深熔和深熔焊焊两种。两种。热导焊热导焊采用的激光功率采用的激光功率为为10105 5w/cmw/cm2 2 左右，是靠热传导进左右，是靠热传导进行焊接的，焊缝深度小于行焊接的，焊缝深度小于2.5mm2.5mm，焊缝焊缝的深的深宽宽比最比最大大为为3 3：1 1。深熔深熔焊焊采用的功率密度在采用的功率密度在10106 6 10107 7w/cmw/c

37、m2 2 之间，焊缝的之间，焊缝的深深宽宽比最大可达比最大可达1212：1 1 一、一、激光热导焊激光热导焊1.激光激光热导焊热导焊热导焊时，激光辐射能量作用于材料表面，激光辐射热导焊时，激光辐射能量作用于材料表面，激光辐射能在表面转化为热量。表面热量通过热传导向内部扩能在表面转化为热量。表面热量通过热传导向内部扩散，使材料熔化，在两散，使材料熔化，在两材料材料连连接区的部分接区的部分形成溶池。形成溶池。溶池随着激光束一道向前运动，溶池中的熔融金属并溶池随着激光束一道向前运动，溶池中的熔融金属并不会向前运动。在激光束向前运动后，溶池中的熔融不会向前运动。在激光束向前运动后，溶池中的熔融金属随之

38、凝固，形成连接两块材料的焊缝。金属随之凝固，形成连接两块材料的焊缝。2525鞋血猫汲沛兼角际撮桂廉慰筐重忆杯炳芝妻弘珐埂刺良啃辣椰亨拘梯村届新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术2.激光激光热导焊的工艺及部分参数热导焊的工艺及部分参数 激光热导焊的连接形式：激光热导焊的连接形式：片状工件的焊接片状工件的焊接形式有对焊、端焊、中心穿透熔化焊等形式有对焊、端焊、中心穿透熔化焊等 激光功率密度：激光功率密度：如激光功率密度低则熔深浅、焊如激光功率密度低则熔深浅、焊接速度慢。如图是热导焊接不锈钢时熔化深度、扫接速度慢。如图是热导焊接不锈钢时熔化深度、扫描速度与激光功率

39、密度的关系描速度与激光功率密度的关系 激光热导焊焊接不锈钢时功率与焊激光热导焊焊接不锈钢时功率与焊接速度、熔化深度的关系接速度、熔化深度的关系2626顺汤凉邮乃柿澡各肋仿简击徒甩舟怂问荐为噎塞是脉乌魂故琵妙噪拳秋敏新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术 离焦量对焊接质量的影响：离焦量对焊接质量的影响：因为焦点处激光因为焦点处激光光斑中心的光功率密度过高，激光热导焊通常需光斑中心的光功率密度过高，激光热导焊通常需要一定的离焦量，使得光功率分布相对均匀。离焦方式要一定的离焦量，使得光功率分布相对均匀。离焦方式有两种，焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦有两种，

40、焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。在实际应用中，要求熔深较大时采用负离焦，焊接薄。在实际应用中，要求熔深较大时采用负离焦，焊接薄材料时宜用正离焦。此外离焦量还直接影响到焊逢的宽材料时宜用正离焦。此外离焦量还直接影响到焊逢的宽度。度。脉冲激光热导焊的脉冲波形：脉冲激光热导焊的脉冲波形：激光热导焊也可以用脉激光热导焊也可以用脉冲激光来完成，其脉冲波形对于焊接质量也有很大的影冲激光来完成，其脉冲波形对于焊接质量也有很大的影响。焊接铜、铝、金、银等高反射率的材料，为了突破响。焊接铜、铝、金、银等高反射率的材料，为了突破高反射率的屏障，使金属瞬间熔化把反射率降低下来，高反射率的屏障，使金属瞬间熔

41、化把反射率降低下来，实现后续的热导焊过程，需要脉冲带有一个前置的尖峰。实现后续的热导焊过程，需要脉冲带有一个前置的尖峰。而对于铁、镍、钼钛等黑色金属，表面反射率较低，应而对于铁、镍、钼钛等黑色金属，表面反射率较低，应采用较为平坦或平顶的波形。采用较为平坦或平顶的波形。2727蔚翘两毒笑吐蛤骂脓伟糠蚤胀作娩抨麻啥冀二撒赏弓丧缄妊部靡碱狞疾些新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术脉冲激光热导焊的脉冲宽度：脉冲激光热导焊的脉冲宽度：脉冲宽度影响脉冲宽度影响到焊接熔深，热影响区的宽度等焊接的质量要到焊接熔深，热影响区的宽度等焊接的质量要求。脉宽时间长，焊接熔深热影响区

42、都大，反之则求。脉宽时间长，焊接熔深热影响区都大，反之则小。因此，要根据激光功率的大小，要求的焊接熔小。因此，要根据激光功率的大小，要求的焊接熔深和热影响区的宽度大小来适当选择脉冲宽度。深和热影响区的宽度大小来适当选择脉冲宽度。二、二、激光深熔焊激光深熔焊1.激光深熔焊的原理激光深熔焊的原理当激光功率密度达到当激光功率密度达到10106 610107 7WWcmcm2 2时，功率输入时，功率输入远大于热传导、对流及辐射散热的速率，材料表面发远大于热传导、对流及辐射散热的速率，材料表面发生汽化而形成匙孔，孔内金属蒸汽压力与四周液体的生汽化而形成匙孔，孔内金属蒸汽压力与四周液体的静力和表面张力形成

43、动态平衡，激光可以通过孔中直静力和表面张力形成动态平衡，激光可以通过孔中直射到孔底。射到孔底。2828您由狗牡蚤盼人捻淫输搐坍猾障喜松吃旨钩些慌燃稀振笺疵弄姿圭惮肌龄新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术2.激光深熔焊工艺参数激光深熔焊工艺参数 临界功率密度：临界功率密度：深熔焊时，功率密度必须大深熔焊时，功率密度必须大于某一数值，才能引起小孔效应。这一数值，称为于某一数值，才能引起小孔效应。这一数值，称为临界功率密度。临界功率密度。不同材料具有不同的临界功率密度不同材料具有不同的临界功率密度的大小。因此决定了各种材料进行激光深熔焊的难的大小。因此决定了各种材

44、料进行激光深熔焊的难易程度。易程度。激光深熔焊的熔深激光深熔焊的熔深 ：激光深熔焊熔深与激光输出激光深熔焊熔深与激光输出功率密度密切相关，也是功率和光斑直径的函数功率密度密切相关，也是功率和光斑直径的函数。在。在一定的激光功率下，提高焊接速度，热输入下降，焊一定的激光功率下，提高焊接速度，热输入下降，焊接熔深减少。对于给定的激光功率等条件，存在一维接熔深减少。对于给定的激光功率等条件，存在一维持深熔焊接的最小焊接速度。持深熔焊接的最小焊接速度。2929超喀枚妻凑龄辽竞法法部誉仆残扁虾拄忿润鲸堤裹使膘矿斩新书蛊芒鼎壬新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术3.激光

45、焊接过程中的几种效应激光焊接过程中的几种效应 (1)深熔焊焊接过程中的等离子体深熔焊焊接过程中的等离子体（2）壁聚焦效应壁聚焦效应（3）净化效应）净化效应1.快速成型技术的基本工作原理是离散、堆积。快速成型技术的基本工作原理是离散、堆积。一、一、激光快速成型技术的原理及主要优点激光快速成型技术的原理及主要优点10.510.5激光快速成型技术激光快速成型技术3030习卧广式太召橱浇凉幢握沦股恋苛冤翼沸南轻篙你隶司巢泅丈说摊检菏阅新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术2.由于快速成型技术由于快速成型技术(包括激光快速成型技术包括激光快速成型技术)仅仅在需要增加材料

46、的地方加上材料，所以从设计到在需要增加材料的地方加上材料，所以从设计到制造自动化，从知识获取到计算机处理，从计划到接口、制造自动化，从知识获取到计算机处理，从计划到接口、通讯等方面来看，非常适合于通讯等方面来看，非常适合于CIM、CAD及及CAM，同，同传统的制造方法相比较，显示出诸多优点。传统的制造方法相比较，显示出诸多优点。快速性、适合成型复杂零件、高度柔性、高度集成化快速性、适合成型复杂零件、高度柔性、高度集成化二、激光快速成型技术二、激光快速成型技术1立体光造型技术立体光造型技术 立体光造型技术的原理示意图立体光造型技术的原理示意图立体光造型技术的原理如图，立体光造型技术的原理如图，是

47、典型的逐层制造法。是典型的逐层制造法。3131凤秃填哮松斋辫凡同党巍等迭下逢狸汰呢既歉垒寡弥幅赚帛煎炔丝垫鄙熙新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术选择性激光烧结技术基本原理示意图选择性激光烧结技术基本原理示意图2选择性激光烧结技术选择性激光烧结技术选择选择性激光性激光烧结烧结技技术术与立体光造型技与立体光造型技术术很相似，很相似，也是用激光束来也是用激光束来扫扫描各原材料，但用粉末物描各原材料，但用粉末物质质代替代替了液了液态态光聚合物。其基本原理如光聚合物。其基本原理如图图。3232鞍况贺涌鹏汐羡罩像骏坦摸目育火更永每饭伺规惹招困恐毡便惰伺盔缩编新激光pp

48、t课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术激光熔覆成型技术原理示意图激光熔覆成型技术原理示意图3激光熔覆成型技术激光熔覆成型技术 激光熔覆成型技术原理如图激光熔覆成型技术原理如图，目前用此法制造，目前用此法制造出复出复杂杂截面截面变换变换器的零件外形的器的零件外形的误误差在差在0.5mm0.5mm以内。以内。激光熔覆的复杂截面变换器激光熔覆的复杂截面变换器3333暑甘第坑二淆骚并灶倾豫圆跺呻诣肆所潍畸臻非唉圆第侥绑伎馅豫磺渍势新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术4激光近型制造技术激光近型制造技术 激光近形制造技术激光近形制造技术(Lase

49、r Engineering Net(Laser Engineering Net ShapingShaping，简称，简称LENS)LENS)技术，将快速成型技术中的选技术，将快速成型技术中的选择性激光烧结技术和激光熔覆成型技术结合了起来。择性激光烧结技术和激光熔覆成型技术结合了起来。激光近形制造技术的基本原理如图。该系统主要由激光近形制造技术的基本原理如图。该系统主要由4部分组成：计算机、高功率激光器、多坐标数控工部分组成：计算机、高功率激光器、多坐标数控工作台和送粉装置。作台和送粉装置。激光近形制造技术的基本原理示意图激光近形制造技术的基本原理示意图3434妓烩贱望宇南彬狐龋挛雾蹦懂付艘馅唾

50、嗡陨荒丧姿谢皮谓轩床晌丽疟托宦新激光ppt课件第十章 激光加工技术新激光ppt课件第十章 激光加工技术 用于建立待制作零件的用于建立待制作零件的CADCAD模型，将零件的模型，将零件的CADCAD模型转换成模型转换成STLSTL文件，对零件的文件，对零件的CADCAD模型进行模型进行切片处理，生成一系列具有一定厚度的薄层，切片处理，生成一系列具有一定厚度的薄层，并形成每一层薄层的扫描轨迹，以便控制多坐并形成每一层薄层的扫描轨迹，以便控制多坐标数控工作台运动。标数控工作台运动。使用的是高达几千瓦到十几千瓦功率的使用的是高达几千瓦到十几千瓦功率的COCO2 2激光器，激光器，而不像选择性激光烧结技