湖南大学工程材料的激光加工课件

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1、工程材料的激光加工材料学院材料成型及控制工程系2009秋冬学期主要内容一、激光加工技术简介及发展情况二、实验目的和要求三、实验原理四、实验设备五、实验内容与步骤六、实验注意事项七、实验报告要求10/23/20212工程材料的激光加工一、激光加工技术简介及发展情况1、激光技术发展简史1960年:梅曼（T.MAIMAN)第一台红宝石激光器;1961年:德诺凡(俄)第一台气体激光器(He-Ne);1962年:第一台半导体激光器;1964年:帕特尔(C.Patel)第一台CO2激光器;1965年:贝尔实验室第

2、一台YAG激光器;1971年:第一台商用1kW的CO2激光器;1971~1980年:开展激光切割、焊接、表面处理等激光加工技术的研究与开发。10/23/20213工程材料的激光加工2、工业激光器的市场分布激光器制造商：美国：PRCPRAMA德国：HAASTRUMPFROFIN-SINAR英国：LUMONICS日本：川崎重工东芝中国：武汉华工激光、武汉金石凯、沈阳大陆、武汉团结10/23/20214工程材料的激光加工3、激光加工特点（1）激光加工不需要工具，无工具损耗、更换等问题（2）工件无受力变形，易

3、保证加工精度（3）几乎能加工所有的金属和非金属材料（4）加工速度快，效率高，热影响区小（5）能进行精细加工（6）能够透过惰性气体、空气或透明介质等进行加工10/23/20215工程材料的激光加工各种加工方法的应用比例激光加工技术应用10/23/20216工程材料的激光加工激光加工技术在汽车中的应用返回10/23/20217工程材料的激光加工二、实验目的和要求1、了解工程材料激光加工的基本原理和工艺过程；2、了解激光加工设备的基本组成；3、通过具体的板料激光加工（切割、焊接等），使学生了解基本概念，工艺

4、特点，以及在工业生产中的具体应用。返回10/23/20218工程材料的激光加工激光加工是一种利用光能进行加工的方法。激光是一种能量密度高、方向性强、单色性好的相干光。三、实验原理10/23/20219工程材料的激光加工通过光学系统将激光束聚焦成尺寸与光波波长相近的极小光斑，焦点处的能量密度可达107~1011W/cm2，温度可高达1万℃，从而使任何材料均在瞬时（＜10－3s）被急剧熔化乃至汽化。在不同的功率密度等条件下，材料表面区域发生各种不同的变化。这种变化包括温度升高、熔化、汽化、形成小孔等。熔化

5、的金属在保护气体作用下结晶凝固形成焊缝；汽化后的金属蒸气在辅助气体的吹力作用下而离开被加工表面形成割缝或孔洞。如果加工过程中加入一定的粉末材料，使其和被加工工件表面部分材料熔合在一起，就可以得到高性能的熔覆层。10/23/202110工程材料的激光加工激光切割激光焊接激光表面处理激光雕刻激光打孔激光快速成型各种加工方法的适用范围10/23/202111工程材料的激光加工（1）激光焊接激光束焊接是以聚集的激光束作为能源的特种熔化焊接方法。激光束经聚焦后，能量更为集中，能量密度可达105~107W/cm2

6、。如将焦点调节到焊件结合处，光能迅速转换成热能，使金属瞬间熔化，冷却凝固后成为焊缝。10/23/202112工程材料的激光加工热导焊接深熔焊接热导焊焊缝深熔焊焊缝10/23/202113工程材料的激光加工金属材料的激光焊接10/23/202114工程材料的激光加工激光焊接应用举例10/23/202115工程材料的激光加工首饰焊接样品手机壳体焊接10/23/202116工程材料的激光加工（2）激光切割激光切割是利用聚焦以后的高功率密度（105~107W/cm2）激光束连续照射工件，光束能量以及活性气体辅

7、助切割过程附加的化学反应热能均被材料吸收，引起照射点材料温度急剧上升，到达沸点后材料开始汽化，并形成孔洞，且光束与工件相对移动，使材料形成切缝，切缝处熔渣被一定压力的辅助气体吹除。10/23/202117工程材料的激光加工汽化切割：工件加热到沸点以上温度熔化切割：工件加热到熔点温度以上氧助熔化切割：氧等活性气体代替熔化切割的惰性气体控制断裂切割：易受热破坏的脆性材料10/23/202118工程材料的激光加工激光切割应用举例10/23/202119工程材料的激光加工10/23/202120工程材料的激光

8、加工木皮切割大功率切割大功率切割10/23/202121工程材料的激光加工（3）激光表面处理当激光能量密度在103～105W/cm2左右时，对工件表面进行扫描，在极短的时间内加热到相变温度（由扫描速度决定时间长短），工件表层由于热量迅速向内传导快速冷却，实现了工件表层材料的相变硬化（激光淬火）。10/23/202122工程材料的激光加工激光熔覆利用大功率高能量激光束聚集能量极高的特点，瞬间将被加工件表面微熔，同时使零件表面预置或与激光束同步自动送置的合金