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激光加工的原理与特点

文章出处:青岛松浩电器 发布时间:2016-11-25 14:27:40
 

  LASER(激光)是英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的缩写,意为“通过受激辐射实现光的放大”。作为20世纪科学技术发展的重要标志和现代信息社会光电子技术的支柱之一激光技术及相关产业的发展受到了世界先进国家的高度重视。激光加工是激光应用最有发展前景的领城.特别是激光焊接、激光切割和激光熔搜技术,近年来更是发展迅速,产生了巨大的经济和社会效益。

 

激光加工的原理与特点

 

   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、表面处理、打孔、嫩加工等的一门技术.激光加工作为先进制造技术巳广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等工业领域。对提高产品质量和劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到了越来越重要的作用。

 

激光加工的工作原理

 

   激光加工是以聚焦的激光束作为热源轰击工件,对金属或非金属工件进行熔化形成小孔、切口、连接、熔覆等的加工方法。激光加工实质上是激光与非透明物质相互作用的过程,徽观上是一个最子过程,宏观上则表现为反射、吸收、加热、熔化、气化等现象。

 

   在不同功率密度的激光束的照射下,材料表面区域发生各种不同的变化,这些变化包括表面温度升高、熔化、气化、形成小孔以及产生光致等离子体等。图1.1为不同功率密度激光辐射作用下金属材料表面产生的几种物态变化。

 

   当激光功率密度小于10' W/cm=数量级时,金属吸收激光能最虽然引起材料表层温度的升高,但维持固相不变.主要用于零件的表面热处理、相变硬化处理或钎焊等。

 

   当激光功率密度在10'-10' W/cm'数里级范围时,会产生热传导型加热,材料表层将发生熔化.主要用于金属的表面重熔、合金化、熔N和热传导型焊接(如薄板高速焊及精密点焊等)。

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   当激光功率密度达到10' W/cm,数里级时,材料表面在激光束的照射下,激光热源中心加热温度达到金属的沸点,形成等离子蒸气而强烈气化,在气化膨胀压力作用下,液态表面向下凹陷形成深熔小孔;与此同时,金属蒸气在激光束的作用下电离产生光致等离子体。主要用子激光深熔焊接、切割和打孔等。

 

   当激光功率密度大于10' W/cm'数量级时,光致等离子体将逆着激光束的人射方向传播,形成等离子体云团,出现等离子体对激光的屏蔽现象。一般只适用于采用脉冲激光进行打孔、冲击硬化等加工。

 

   激光加工是利用高功率密度的激光束照射工件,使材料熔化气化而进行穿孔、切割和焊接等的特种加工。早期的激光加工由于功率较小,大多用于打小孔和徽型焊接。到20世纪70年代,随着大功率CO2激光器、高重复颇率钇铝石榴石(YAG)激光器的出现,以及对激光加工机理和工艺的深人研究,激光加工技术有

了很大进展,使用范圈随之扩大。数千瓦的激光加工设备已用于各种材料的高速切割、深熔焊接和材料表面处理等方面。各种专用的激光加工设备竞相出现,并与光电跟踪、计算机数字控制、工业机器人等技术相结合,大大提高了激光加工的自动化水平和使用功能。

 

   激光器可解释成将电能、化学能、热能、光能或核能等原始能源转换成某些特定光频(紫外光、可见光或红外光)的电磁辐射束的一种设备。转换形态在某些固态、液态或气态介质中很容易进行。当这些介质以原子或分子形态被激发时,便产生相位几乎相同且近乎单一波长的光束—激光。由于具有同相位及单一波长,差异角非常小,在被高度聚集以提供焊接、切割和熔覆等功能前可传送的距离相

当长。

 

   激光加工装备由四大部分组成,分别是激光器、光学系统、机械系统、控制及检侧系统。从激光器输出的高强度激光束经过透镜聚焦到工件上,其焦点处的功率密度高达10'^10"W/cm'(沮度高达1万摄氏度以上),任何材料都会瞬时熔化、气化。激光加工就是利用这种光能的热效应对材料进行焊接、打孔和切割等加工的。通常用于加工的激光器主要是YAG固体激光器和Co2气体激光器。由于CO2激光器具有结构简单、输出功率范围大和能里转换效率高等优点,可广泛应用于材料的激光加工。