激光加工就是利用其所具有的输出光线的高指向性和高能量,进行微小孔及狭缝等的精密加工、切割、微细焊接等。下面是我整理了激光加工技术论文,有兴趣的亲可以来阅读一下!
谈机械制造激光加工技术
摘要:激光加工就是利用其所具有的输出光线的高指向性和高能量,进行微小孔及狭缝等的精密加工、切割、微细焊接等。激光有固体激光、液体激光和气体激光等。目前,作为加工用的以固体激光为最好。
关键词:机械 制造 激光 加工 技术
激光是通过入射光子使亚稳态高能级的原子、离子或分子跃迁到低能级受激幅射(不是自发幅射)时发出的光,也可解释为“光受激幅射后发射加强”。它是由于受激发射的发光放大现象。激光具有单色性好、方向性强、能量高度集中等特性,因此在军事、工农业生产和科学研究的很多领域中得到了广泛应用。激光加工就是利用其所具有的输出光线的高指向性和高能量,进行微小孔及狭缝等的精密加工、切割、微细焊接等。激光有固体激光、液体激光和气体激光等。目前,作为加工用的以固体激光为最好。
激光加工具有以下特点:激光加工不需要加工工具,所以不存在工具损耗问题,很适宜自动化连续操作,可以在大气中进行。功率密度高,几乎能加工所有的材料,如果是透明材料(如玻璃),只要采取一些色化和打毛 措施 ,仍可加工。加工速度快,效率高,热影响区小。因不需要工具,又能聚焦成极细的光束,所以能加工深而小的微孔和窄缝(直径可小至几微米,深径比可达10以上),适合于精微加工。可通过透明材料(如玻璃)对工件进行加工。
1、激光器
1.1 气体激光器
通常用二氧化碳激光器。
二氧化碳激光器的激光管内充有二氧化碳,同时加进一些辅助气体,这些辅助气体有助于提高激光器输出功率。二氧化碳激光器是目前气体激光器中连续输出功率最大、能量转换效率最高的一种激光器,能以大功率连续输出波长10.6的激光,而且方向性、单色性及相干性好,能聚焦成很小的光斑。缺点是设备体积大,输出瞬时功率小,而且是看不见的红外光,调整光束位置不方便。
1.2 固体激光器
包括红宝石激光器、钇铝石榴石激光器、钕玻璃(掺钕的盐酸玻璃)激光器等。固体激光器的特点是体轵小,输出能量大,可以打较大较深的孔;但其能量转换效率低,制造较难,成本高。而二氧化碳激光器则具有造价低,结构简单,工作效率高,打孔质量好等优点;不足是体积大,占地面积大。
2、影响激光加工的因素
激光主要用于各种材料的小孔、窄缝等微型加工,虽然也有生产率和表面粗糙度的要求,但主要是加工精度问题,如孔和窄缝大小、深度和几何形状等。因工艺对象的最小尺寸只有几十微米,所以加工误差一般为微米级。为此,除保证光学系统和机械方面精度外,还有光的特殊影响。
2.1 输出功率与照射时间
激光输出功率大,照射时间长,工件所获得能量大。当焦点位置一定时,激光能量越大, 加工孔就大而深,锥度小。照射时间一般为几分之一至几毫秒。激光能量一定时,照射时间太长会使热量传散到非加工区;时间太短则因能量密度过大,蚀除物的高温气体喷出,也会使激光使用效率降低。
2.2 焦距与发散角
发散角小的激光束,经短焦距的聚焦物镜以后,在焦面上可以获得更小的光斑及更高的功率密度。光斑直径小,打的孔也小,且由于功率密度大,打出的孔不仅深,而且锥度小。
2.3 焦点位置
焦点位置低,透过工件表面的光斑面积大,不仅会产生喇叭口,而且因能量密度减小而影响加工深度。焦点位置太高,同样,工作表面尖斑大,进入工件后越来越大,甚至无法继续加工。激光的实际焦点在工件表面或略低于工件表面为宜。
2.4 光斑内的能量分布
激光束经聚焦后,在焦面上的光点实际上是一个直径为d的光斑,光斑内能量分布不均。中心点的光强最大,离开中心点迅速减弱,能量以焦点为轴心对称分布,这种光束加工出来的孔是正圆形的。若激光束能量分布不对称,打出的孔也不对称。
2.5 激光的多次照射
激光照射一次,加工孔的深度大约是孔径的五倍左右,且锥度较大。激光多次照射,深度将大大增加,锥度减小,孔径几乎不变。但是,孔加工到一定深度后,由于孔内壁的反射、透射以及激光的散射或吸收及抛出力减小,排屑困难等原因,使孔前端的能量密度不断减小,加工量逐渐减少,以致不能继续加工。
第一次照射后打出一个不太深而且带锥度的孔;第二次照射后,聚焦光在第一次照射所打的孔内发散,由于光管效应,发散的光在孔壁上反射的下深入孔内,因此第二次照射后所打出的孔是原来孔形的延伸,孔径基本上不变。多次照射的焦点位置固定在工件表面,不向下移动。
2.6 工件材料
各种工件材料的吸收光谱不同,经透镜聚焦到工件上的激光能量不可能全部被吸收,有相当一部分能量被反射或透射散失,吸收效率与工件材料吸收光谱及激光波长有关。在生产实践中,应根据工件材料的性能(吸收光谱)选择激光器。对于高反射和透射率的工件表面应作打毛或黑化处理,增大对激光的吸收效率。
3、激光加工的应用
3.1 激光打孔
利用激光打微型小孔,目前已应用于火箭发动机和柴油机的燃料喷嘴加工、化学纤维喷丝头打孔、钟表及仪表的宝石轴承打孔、金刚石拉丝模加工等方面。
激光打孔不需要工具,适合于自动化连续打孔。采用超声调制的激光打孔,是把超声振动的作用与激光加工复合起来。把激光谐振腔的全反射镜安装在超声换能器变幅杆的端面上作超声振动,使输出的激光尖锋波形由不规则变为较平坦排列,调制成多个尖锋激光脉冲。由此可以增加打孔深度,改善孔壁粗糙度和提高打孔效率。
3.2 激光切割
激光切割具有如下特点:(1)可以用来切割各种高硬度、高熔点的金属或非金属材料。(2)切缝窄,可以节省贵重材料(如半导体材料等)。(3)速度快,成品率高,质量好。目前,激光切割已成功应用于半导体材料、钛板、石英、陶瓷等材料的切割加工中。
3.3 激光焊接激光焊接与激光打孔的原理稍有不同
焊接时不需要那么髙的能量密度,使工件材料气化、蚀除,只需将工件加工区烧熔粘合在一起。因此,激光焊接所需的能量密度较低,通常可用减小激光输出功率来实现。
脉冲输出的红宝石激光器和钕玻璃激光器适合于点焊;而连续输出的二氧化碳激光器和YAG激光器适合于缝焊。
激光焊接过程迅速,被焊材料不氧化,热影响区小,适合于热敏感元件焊接。
参考文献
[1]哈尔滨工业大学,上海工业大学.机床夹具设计(第二版).上海:上海科学技术出版社,1989.
[2]刘文剑等.夹具工程师手册.哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1992.
[3]李庆寿.机床夹具设计.北京:机械工业出版社,1984.
[4]孔巴德.机床夹具图册.北京:机械工业出版社,1984.
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激光焊接原理是激光辐射加热待加工表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等激光参数,使工件熔化,形成特定的熔池。
激光深熔焊接一般采用连续激光光束完成材料的连接,其冶金物理过程与电子束焊接极为相似,即能量转换机制是通过“小孔”(Key-hole)结构来完成的。在足够高的功率密度激光照射下,材料产生蒸发并形成小孔。
这个充满蒸气的小孔犹如一个黑体,几乎吸收全部的入射光束能量,孔腔内平衡温度达2500 0C左右,热量从这个高温孔腔外壁传递出来,使包围着这个孔腔四周的金属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽,小孔四壁包围着熔融金属,液态金属四周包围着固体材料。
而在大多数常规焊接过程和激光传导焊接中,能量首先沉积于工件表面,然后靠传递输送到内部。孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。
扩展资料
工艺参数:
(1)功率密度。 功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度,在微秒时间范围内,表层即可加热至沸点,产生大量汽化。
因此,高功率密度对于材料去除加工,如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度,表层温度达到沸点需要经历数毫秒,在表层汽化前,底层达到熔点,易形成良好的熔融焊接。因此,在传导型激光焊接中,功率密度在范围在10^4~10^6W/CM^2。
(2)激光脉冲波形。 激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题,尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射至材料表面,金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉,且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内,金属反射率的变化很大。
(3)激光脉冲宽度。 脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一,它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数,也是决定加工设备造价及体积的关键参数。
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激光焊接的优点和缺点
激光焊接的优点和缺点,相信大家在生活中都会见过很多的焊接方法,那么大家也多多少少了解过激光焊接在生活中的作用,其实激光焊接的作用不仅大,对比普通的焊技术有很多的优点,下面是激光焊接的优点和缺点。
优点:
速度快、深度大、变形小。
能在室温或特殊条件下进行焊接,焊接设备装置简单。例如,激光通过电磁场,光束不会偏移;激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊,并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。
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。
激光聚焦后,功率密度高,在高功率器件焊接时,深宽比可达5:1,最高可达10:1。
可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑,且能精确定位,可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。
缺点:
要求焊件装配精度高,且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。这是因为激光聚焦后光斑尺雨寸小,焊缝窄,为加填充金属材料。若工件装配精度或光束定位精度达不到要求,很容易造成焊接缺憾。
激光器及其相关系统的成本较高,一次性投资较大。
激光焊接,是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。是激光材料加工技术应用的重要方面之一。一般采用连续激光光束完成材料的连接,其冶金物理过程与电子束焊接极为相似,即能量转换机制是通过“小孔”(Key-hole)结构来完成的。
孔腔内平衡温度达2500 0C左右,热量从这个高温孔腔外壁传递出来,使包围着这个孔腔四周的金属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽,光束不断进入小孔,小孔外的材料在连续流动,随着光束移动,小孔始终处于流动的稳定状态。熔融金属充填着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝,焊缝于是形成。
激光焊接的好处优点
① 采用激光焊接可以获得高质量的接头强度和较大的深宽比,且焊接速度比较快。
② 由于激光焊接不需真空环境, 因此通过透镜及光纤, 可以实现远程控制与自动化生产。
③ 激光具有较大的'功率密度, 对难焊材料如钛、石英等有较好的焊接效果,并能对不同性能材料施焊。
④ 可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑,且能精确定位,可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。
激光焊接的缺点
① 激光器及焊接系统各配件的价格较为昂贵, 因此初期投资及维护成本比传统焊接工艺高,经济效益较差。
② 由于固体材料对激光的吸收率较低, 特别是在出现等离子体后(等离子体对激光具有吸收作用、, 因此激光焊接的转化效率普遍较低(通常为5%~30%、。
③ 由于激光焊接的聚焦光斑较小,对工件接头的装备精度要求较高, 很小的装备偏差就会产生较大的加工误差。
激光焊接对人有害吗?
焊接机发出的激光的不可见性和能量太高,非专业人员别去接触激光源,否则很危险。另外激光也属于电磁波,但是焊机用的激光波长都很大,所以没有紫外线之类短波长光波的辐射危害。
焊接过程中会产生许多气体,但大多是惰性气体,没啥毒性,但也要看焊接材料的不同区别对待,最好做好防护措施,减少气体吸入。
焊接机发出的激光几乎没有辐射危害,但是焊接过程中会有电离辐射和受激辐射,最好在焊接过程中远离焊接部位。这种被诱发的辐射这种不乏短波,而且对眼睛,身体影响不小,最好远离焊点。近距离作业要尽量做好防护措施如佩戴呼吸护具,穿辐射防护服,带眼罩。
优点
1、聚焦后的激光束具有很高的功率密度,加热速度快,可实现深熔焊和高速焊。由于激光加热范围小,在同等功率和焊接厚度条件下,焊接速度快、热影响区小、焊接应力和变形小。
2、激光能发射、透射,能在空间传播相当距离而衰减很小,可进行远距离或一些难以接近部位的焊接;激光可通过光导纤维、棱镜等光学方法弯曲传输、偏转、聚焦,特别适合于微型零件、难以接近的部位或远距离的焊接。
3、一台激光器可供多个工作台进行不同的工作,既可用于焊接,也可用于切割、合金化和热处理,一机多用。
4、激光在大气中损耗不大,可以穿过玻璃等透明物体,适合于在玻璃制成的密封容器里焊接被合金等剧毒材料;激光不受电磁场影响,不存在X射线防护,也不需要真空保护。
5、可以焊一般焊接方法难以焊接的材料,如高熔点金属等,甚至可用于非金属材料的焊接,如陶瓷、有机玻璃:焊后无需热处理,适合于某些对热输入敏感材料的焊接。
缺点
1、等离子屏蔽问题。在激光焊接中母材受热熔化、汽化形成深熔小孔时,孔中充满金属蒸汽,金属气体与激光作用形成等离子云。等离子云吸收和反射性很强,降低金属材料对激光的吸收率,使激光的能量利用率降低。此外等离子云强烈时还可能对激光产生负透镜效应,严重影响激光束的聚焦效果。
2、桥接性差,焊缝装夹精度要求高。激光光斑直径很小,热作用区小,桥接能力很差,对焊缝接头对准的平整度和精度要求很高。采用激光焊接时焊缝的缝隙宽度不能大于0.2mm,否则激光透过缝隙太多,能量损失很大。同时接头两侧平整度太差时会发生焊接错位,将严重影响焊接质量。
这一方面对激光接头的准备提出了很高的要求,另一方面要求装夹精确,对装夹的技术要求高,这都增加了工艺要求和焊接成本。在工业适用化上的技术难度较大。
3、焊缝的硬度高,焊接热裂纹倾向大。激光焊接时功率密度很大,热作用区域很小,而热输入量小,所以焊接区域会产生很高的峰值温度和温度梯度,焊缝熔化金属快速凝固收缩,这会带来两方面的影响:一是焊缝的硬度很高,有时可能大大高于母材,这在诸如船舶等特殊工业中的应用有所限制;二是对于某些金属零件特别是经过深加工后存在高机械应力的金属焊接后工件热裂纹倾向大。
毕业论文格式题目一、前言:1.钛镍合金和不锈钢的应用现状 2.激光焊接的应用现状 3. 激光焊接在钛镍合金和不锈钢上应用的的不足之处4.针对不足提出本论文研究内容。二、试验:1.试验材料,包括成分、力学性能 2.激光器参数,包括激光种类、波长、功率、保护气体种类等3.焊前处理方法(表面打磨,去油脂等)4.试验检测方法:组织观察(光学显微镜、扫描电镜、电子探针等)力学性能测试(拉伸、冲击等试验,硬度、标准件尺寸)三、结果与讨论1.不同焊接参数条件下焊接表面形貌、背面形貌:(参数包括:激光功率、离焦量、焊接速度、保护气体流量、激光波形等,如果脉冲激光还有频率影响)2.不同焊接参数接头横截面形貌3.微观组织观察不同焊接参数条件下晶粒尺寸、相组成、缺陷分析、硬度等(光学显微镜、扫描电镜、硬度计)4.力学性能(拉伸、冲击等结果,三个试件取平均值5断口分析:断裂方式,端口形貌(扫描电镜)四、结论五、参考文献六、致谢
激光焊接的优点和缺点
激光焊接的优点和缺点,相信大家在生活中都会见过很多的焊接方法,那么大家也多多少少了解过激光焊接在生活中的作用,其实激光焊接的作用不仅大,对比普通的焊技术有很多的优点,下面是激光焊接的优点和缺点。
优点:
速度快、深度大、变形小。
能在室温或特殊条件下进行焊接,焊接设备装置简单。例如,激光通过电磁场,光束不会偏移;激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊,并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。
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。
激光聚焦后,功率密度高,在高功率器件焊接时,深宽比可达5:1,最高可达10:1。
可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑,且能精确定位,可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。
缺点:
要求焊件装配精度高,且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。这是因为激光聚焦后光斑尺雨寸小,焊缝窄,为加填充金属材料。若工件装配精度或光束定位精度达不到要求,很容易造成焊接缺憾。
激光器及其相关系统的成本较高,一次性投资较大。
激光焊接,是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。是激光材料加工技术应用的重要方面之一。一般采用连续激光光束完成材料的连接,其冶金物理过程与电子束焊接极为相似,即能量转换机制是通过“小孔”(Key-hole)结构来完成的。
孔腔内平衡温度达2500 0C左右,热量从这个高温孔腔外壁传递出来,使包围着这个孔腔四周的金属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽,光束不断进入小孔,小孔外的材料在连续流动,随着光束移动,小孔始终处于流动的稳定状态。熔融金属充填着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝,焊缝于是形成。
激光焊接的好处优点
① 采用激光焊接可以获得高质量的接头强度和较大的深宽比,且焊接速度比较快。
② 由于激光焊接不需真空环境, 因此通过透镜及光纤, 可以实现远程控制与自动化生产。
③ 激光具有较大的'功率密度, 对难焊材料如钛、石英等有较好的焊接效果,并能对不同性能材料施焊。
④ 可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑,且能精确定位,可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。
激光焊接的缺点
① 激光器及焊接系统各配件的价格较为昂贵, 因此初期投资及维护成本比传统焊接工艺高,经济效益较差。
② 由于固体材料对激光的吸收率较低, 特别是在出现等离子体后(等离子体对激光具有吸收作用、, 因此激光焊接的转化效率普遍较低(通常为5%~30%、。
③ 由于激光焊接的聚焦光斑较小,对工件接头的装备精度要求较高, 很小的装备偏差就会产生较大的加工误差。
激光焊接对人有害吗?
焊接机发出的激光的不可见性和能量太高,非专业人员别去接触激光源,否则很危险。另外激光也属于电磁波,但是焊机用的激光波长都很大,所以没有紫外线之类短波长光波的辐射危害。
焊接过程中会产生许多气体,但大多是惰性气体,没啥毒性,但也要看焊接材料的不同区别对待,最好做好防护措施,减少气体吸入。
焊接机发出的激光几乎没有辐射危害,但是焊接过程中会有电离辐射和受激辐射,最好在焊接过程中远离焊接部位。这种被诱发的辐射这种不乏短波,而且对眼睛,身体影响不小,最好远离焊点。近距离作业要尽量做好防护措施如佩戴呼吸护具,穿辐射防护服,带眼罩。
优点
1、聚焦后的激光束具有很高的功率密度,加热速度快,可实现深熔焊和高速焊。由于激光加热范围小,在同等功率和焊接厚度条件下,焊接速度快、热影响区小、焊接应力和变形小。
2、激光能发射、透射,能在空间传播相当距离而衰减很小,可进行远距离或一些难以接近部位的焊接;激光可通过光导纤维、棱镜等光学方法弯曲传输、偏转、聚焦,特别适合于微型零件、难以接近的部位或远距离的焊接。
3、一台激光器可供多个工作台进行不同的工作,既可用于焊接,也可用于切割、合金化和热处理,一机多用。
4、激光在大气中损耗不大,可以穿过玻璃等透明物体,适合于在玻璃制成的密封容器里焊接被合金等剧毒材料;激光不受电磁场影响,不存在X射线防护,也不需要真空保护。
5、可以焊一般焊接方法难以焊接的材料,如高熔点金属等,甚至可用于非金属材料的焊接,如陶瓷、有机玻璃:焊后无需热处理,适合于某些对热输入敏感材料的焊接。
缺点
1、等离子屏蔽问题。在激光焊接中母材受热熔化、汽化形成深熔小孔时,孔中充满金属蒸汽,金属气体与激光作用形成等离子云。等离子云吸收和反射性很强,降低金属材料对激光的吸收率,使激光的能量利用率降低。此外等离子云强烈时还可能对激光产生负透镜效应,严重影响激光束的聚焦效果。
2、桥接性差,焊缝装夹精度要求高。激光光斑直径很小,热作用区小,桥接能力很差,对焊缝接头对准的平整度和精度要求很高。采用激光焊接时焊缝的缝隙宽度不能大于0.2mm,否则激光透过缝隙太多,能量损失很大。同时接头两侧平整度太差时会发生焊接错位,将严重影响焊接质量。
这一方面对激光接头的准备提出了很高的要求,另一方面要求装夹精确,对装夹的技术要求高,这都增加了工艺要求和焊接成本。在工业适用化上的技术难度较大。
3、焊缝的硬度高,焊接热裂纹倾向大。激光焊接时功率密度很大,热作用区域很小,而热输入量小,所以焊接区域会产生很高的峰值温度和温度梯度,焊缝熔化金属快速凝固收缩,这会带来两方面的影响:一是焊缝的硬度很高,有时可能大大高于母材,这在诸如船舶等特殊工业中的应用有所限制;二是对于某些金属零件特别是经过深加工后存在高机械应力的金属焊接后工件热裂纹倾向大。
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目 录一、激光加工的起源和原理-------------------------------------------------------5二、激光加工的特点---------------------------------------------------------------5三、激光加工的应用---------------------------------------------------------------6四、激光的发展趋势---------------------------------------------------------------7五、结论-----------------------------------------------------------------------------8六、致谢-----------------------------------------------------------------------------9现代制造技术特种加工---激光加工1、激光加工的起源和原理随着科学技术的发展和社会需求的多样化,产品的竞争越来越激烈,更新换代的周期也越来越短。为此,要求不但能根据市场的要求尽快设计出新产品,而且能在尽可能短的时间内制造出原型,从而进行性能测试和修改,最终形成定型产品。而在传统制造系统中,需要大量的模具设计、制造和调试等工作,成本高,周期长,已不能适应日新月异的市场变化。为了提高研发和生产速度,快速而精确地制作出高质量、低成本的模具和产品,能对市场变化做出敏捷响应,人们作了大量的研究和探索工作。随着工业激光器价格的不断下降和工业激光加工技术的日益成熟,给模具制造和产品生产工艺带来了重大变革激光加工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。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,因此激光加工可应用到不同层面和范围上。2、激光加工的特点激光具有的宝贵特性决定了激光在加工领域存在的优势:2.1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,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、及高熔点的材料。2.3激光加工过程中无“刀具”磨损,无“切削力”作用于工件。2.4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,工件热变形小,后续加工量小。2.5它可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。2.6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,对复杂工件进行加工,因此是一种极为灵活的加工方法。2.7使用激光加工,生产效率高,质量可靠,经济效益好。3、激光加工的应用激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度,靠光热效应来加工的。激光加工不需要工具、加工速度快、表面变形小,可加工各种材料。用激光束对材料进行各种加工,如打孔、切割、焊接、热处理等。 某些具有亚稳态能级的物质,在外来光子的激发下会吸收光能,使处于高能级原子的数目大于低能级原子的数目——粒子数反转,若有一束光照射,光子的能量等于这两个能相对应的差,这时就会产生受激辐射,输出大量的光能。激光加工的应用主要有以下几个方面:3.1、激光打孔采用脉冲激光器可进行打孔,脉冲宽度为0.1~1毫秒,特别适于打微孔和异形孔,孔径约为0.005~1毫米。激光打孔已广泛用于钟表和仪表的宝石轴承、金刚石拉丝模、化纤喷丝头等工件的加工。 3.2、激光切割、划片与刻字在造船、汽车制造等工业中,常使用百瓦至万瓦级的连续CO2激光器对大工件进行切割,既能保证精确的空间曲线形状,又有较高的加工效率。对小工件的切割常用中、小功率固体激光器或CO2激光器。在微电子学中,常用激光切划硅片或切窄缝,速度快、热影响区小。用激光可对流水线上的工件刻字或打标记,并不影响流水线的速度,刻划出的字符可永久保持(图1)。 图1激光刻字 3.3、激光微调采用中、小功率激光器除去电子元器件上的部分材料,以达到改变电参数(如电阻值、电容量和谐振频率等)的目的。激光微调精度高、速度快,适于大规模生产。利用类似原理可以修复有缺陷的集成电路的掩模,修补集成电路存储器以提高成品率,还可以对陀螺进行精确的动平衡调节。 3.4、激光热处理用激光照射材料,选择适当的波长和控制照射时间、功率密度,可使材料表面熔化和再结晶,达到淬火或退火的目的。激光热处理的优点是可以控制热处理的深度,可以选择和控制热处理部位,工件变形小,可处理形状复杂的零件和部件,可对盲孔和深孔的内壁进行处理。例如,气缸活塞经激光热处理后可延长寿命;用激光热处理可恢复离子轰击所引起损伤的硅材料。激光加工的应用范围还在不断扩大,如用激光制造大规模集成电路,不用抗蚀剂,工序简单,并能进行0.5微米以下图案的高精度蚀刻加工,从而大大增加集成度。此外,激光蒸发、激光区域熔化和激光沉积等新工艺也在发展中。3.5、激光焊接激光焊接强度高、热变形小、密封性好,可以焊接尺寸和性质悬殊,以及熔点很高(如陶瓷)和易氧化的材料。激光焊接的心脏起搏器,其密封性好、寿命长,而且体积小。4、激光的发展趋势激光加工用于再制造业和应用于其他制造业一样,有其不可替代的优点,并优于其它加工技术。激光加工用于再制造业是由相变硬化发展到激光表面合金化和激光熔覆,由激光合金涂层发展到复合涂层及陶瓷涂层,从而使得激光表面加工技术成为再制造的一项重要手段。它主要是采用5KW~10KWCO2高功率激光器及其系统。 与国际上激光加工系统相比,我国的激光加工系统差距甚大,仅占全球销售额的4%左右。主要表现为:高档激光加工系统很少,甚至没有;主力激光器不过关;微细激光加工装备缺口较大;而这些领域我国的生产 加工企业正在积蓄力量稳步进入,国内应用市场有很大发展空间。预测今后2-3年内,我国激光加工销售额将会由2008年的35亿人民币上升翻一倍,也就是说会达到70亿元产值。 国内各类制造业接受了激光加工技术,它可使他们的产品增加技术含量,加快产品更新换代,为适应21世纪高新技术的产业化、满足宏观与微观制造的需要,研究和开发高性能光源势在必行。目前正在积极研制超紫外、超短脉冲、超大功率、高光束质量等特征的激光,尤其是能适应微制造技术要求的激光光源更是倍受关注,并已形成国际性竞争。5结论本文对激光加工的原理、起源、应用、发展趋势等做了详细的介绍,并结合激光加工等常见的问题作出分析,对激光加工工艺的理解有一定的帮助。参考文献[1]刘晋春、赵家齐、赵万生.特种加工(第4版)[M].机械工业出版社,2007.[2]宋威廉,激光加工技术的发展[M].北京:机械工业出版社,2008.[3]赵万生.特种加工技术[M].北京:机械工业出版社,2004.[4]张辽远.现代加工技术[M].北京:机械工业出版社,2002.[5]刘振辉,杨嘉楷.特种加工[M].重庆:重庆大学出版社,1991.
激光加工就是利用其所具有的输出光线的高指向性和高能量,进行微小孔及狭缝等的精密加工、切割、微细焊接等。下面是我整理了激光加工技术论文,有兴趣的亲可以来阅读一下!
谈机械制造激光加工技术
摘要:激光加工就是利用其所具有的输出光线的高指向性和高能量,进行微小孔及狭缝等的精密加工、切割、微细焊接等。激光有固体激光、液体激光和气体激光等。目前,作为加工用的以固体激光为最好。
关键词:机械 制造 激光 加工 技术
激光是通过入射光子使亚稳态高能级的原子、离子或分子跃迁到低能级受激幅射(不是自发幅射)时发出的光,也可解释为“光受激幅射后发射加强”。它是由于受激发射的发光放大现象。激光具有单色性好、方向性强、能量高度集中等特性,因此在军事、工农业生产和科学研究的很多领域中得到了广泛应用。激光加工就是利用其所具有的输出光线的高指向性和高能量,进行微小孔及狭缝等的精密加工、切割、微细焊接等。激光有固体激光、液体激光和气体激光等。目前,作为加工用的以固体激光为最好。
激光加工具有以下特点:激光加工不需要加工工具,所以不存在工具损耗问题,很适宜自动化连续操作,可以在大气中进行。功率密度高,几乎能加工所有的材料,如果是透明材料(如玻璃),只要采取一些色化和打毛 措施 ,仍可加工。加工速度快,效率高,热影响区小。因不需要工具,又能聚焦成极细的光束,所以能加工深而小的微孔和窄缝(直径可小至几微米,深径比可达10以上),适合于精微加工。可通过透明材料(如玻璃)对工件进行加工。
1、激光器
1.1 气体激光器
通常用二氧化碳激光器。
二氧化碳激光器的激光管内充有二氧化碳,同时加进一些辅助气体,这些辅助气体有助于提高激光器输出功率。二氧化碳激光器是目前气体激光器中连续输出功率最大、能量转换效率最高的一种激光器,能以大功率连续输出波长10.6的激光,而且方向性、单色性及相干性好,能聚焦成很小的光斑。缺点是设备体积大,输出瞬时功率小,而且是看不见的红外光,调整光束位置不方便。
1.2 固体激光器
包括红宝石激光器、钇铝石榴石激光器、钕玻璃(掺钕的盐酸玻璃)激光器等。固体激光器的特点是体轵小,输出能量大,可以打较大较深的孔;但其能量转换效率低,制造较难,成本高。而二氧化碳激光器则具有造价低,结构简单,工作效率高,打孔质量好等优点;不足是体积大,占地面积大。
2、影响激光加工的因素
激光主要用于各种材料的小孔、窄缝等微型加工,虽然也有生产率和表面粗糙度的要求,但主要是加工精度问题,如孔和窄缝大小、深度和几何形状等。因工艺对象的最小尺寸只有几十微米,所以加工误差一般为微米级。为此,除保证光学系统和机械方面精度外,还有光的特殊影响。
2.1 输出功率与照射时间
激光输出功率大,照射时间长,工件所获得能量大。当焦点位置一定时,激光能量越大, 加工孔就大而深,锥度小。照射时间一般为几分之一至几毫秒。激光能量一定时,照射时间太长会使热量传散到非加工区;时间太短则因能量密度过大,蚀除物的高温气体喷出,也会使激光使用效率降低。
2.2 焦距与发散角
发散角小的激光束,经短焦距的聚焦物镜以后,在焦面上可以获得更小的光斑及更高的功率密度。光斑直径小,打的孔也小,且由于功率密度大,打出的孔不仅深,而且锥度小。
2.3 焦点位置
焦点位置低,透过工件表面的光斑面积大,不仅会产生喇叭口,而且因能量密度减小而影响加工深度。焦点位置太高,同样,工作表面尖斑大,进入工件后越来越大,甚至无法继续加工。激光的实际焦点在工件表面或略低于工件表面为宜。
2.4 光斑内的能量分布
激光束经聚焦后,在焦面上的光点实际上是一个直径为d的光斑,光斑内能量分布不均。中心点的光强最大,离开中心点迅速减弱,能量以焦点为轴心对称分布,这种光束加工出来的孔是正圆形的。若激光束能量分布不对称,打出的孔也不对称。
2.5 激光的多次照射
激光照射一次,加工孔的深度大约是孔径的五倍左右,且锥度较大。激光多次照射,深度将大大增加,锥度减小,孔径几乎不变。但是,孔加工到一定深度后,由于孔内壁的反射、透射以及激光的散射或吸收及抛出力减小,排屑困难等原因,使孔前端的能量密度不断减小,加工量逐渐减少,以致不能继续加工。
第一次照射后打出一个不太深而且带锥度的孔;第二次照射后,聚焦光在第一次照射所打的孔内发散,由于光管效应,发散的光在孔壁上反射的下深入孔内,因此第二次照射后所打出的孔是原来孔形的延伸,孔径基本上不变。多次照射的焦点位置固定在工件表面,不向下移动。
2.6 工件材料
各种工件材料的吸收光谱不同,经透镜聚焦到工件上的激光能量不可能全部被吸收,有相当一部分能量被反射或透射散失,吸收效率与工件材料吸收光谱及激光波长有关。在生产实践中,应根据工件材料的性能(吸收光谱)选择激光器。对于高反射和透射率的工件表面应作打毛或黑化处理,增大对激光的吸收效率。
3、激光加工的应用
3.1 激光打孔
利用激光打微型小孔,目前已应用于火箭发动机和柴油机的燃料喷嘴加工、化学纤维喷丝头打孔、钟表及仪表的宝石轴承打孔、金刚石拉丝模加工等方面。
激光打孔不需要工具,适合于自动化连续打孔。采用超声调制的激光打孔,是把超声振动的作用与激光加工复合起来。把激光谐振腔的全反射镜安装在超声换能器变幅杆的端面上作超声振动,使输出的激光尖锋波形由不规则变为较平坦排列,调制成多个尖锋激光脉冲。由此可以增加打孔深度,改善孔壁粗糙度和提高打孔效率。
3.2 激光切割
激光切割具有如下特点:(1)可以用来切割各种高硬度、高熔点的金属或非金属材料。(2)切缝窄,可以节省贵重材料(如半导体材料等)。(3)速度快,成品率高,质量好。目前,激光切割已成功应用于半导体材料、钛板、石英、陶瓷等材料的切割加工中。
3.3 激光焊接激光焊接与激光打孔的原理稍有不同
焊接时不需要那么髙的能量密度,使工件材料气化、蚀除,只需将工件加工区烧熔粘合在一起。因此,激光焊接所需的能量密度较低,通常可用减小激光输出功率来实现。
脉冲输出的红宝石激光器和钕玻璃激光器适合于点焊;而连续输出的二氧化碳激光器和YAG激光器适合于缝焊。
激光焊接过程迅速,被焊材料不氧化,热影响区小,适合于热敏感元件焊接。
参考文献
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参考资料来源:百度百科-激光与光电子学进展
参考资料来源:百度百科-期刊管理暂行规定
参考资料来源:人民网-科技期刊如何落实“三审三校”制
创刊 1964年 . 月刊名称 激光与光电子学进展英文 Laser & Optoelectronics Progress主管 中国科学院主办 中科院上海光机所承办 中科院上海光机所协办 国家高技术惯性约束聚变委员会福建师范大学激光与光电子技术研究所主编 范滇元副主编 王建宇 张雨东 相里斌 龚尚庆编辑部 中国激光杂志社ISSN 1006-4125刊号 CN31-1690/TN地址 上海市嘉定区清河路390号邮编 201800