激光加工技术.ppt

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1、激光加工技术简介人们曾用凸透镜将太阳光聚焦，使纸张木材引燃，但无法用做材料加工。原因何在？1、地面上太阳光的能量密度不高。2、太阳光不是单色光，而是红橙黄绿青蓝紫等多种不同波长的多色光，聚焦后焦点不在同一平面上。只有激光是可控的单色光，强度高，能量密度大，聚焦后可以在空气介质中将任何材料融化、气化，高速加工各种材料。激光技术是20世纪60年代初发展起来的一门新兴科学，在材料加工方面，已逐步形成一种崭新的加工方法——激光加工（简称LBMlasserbeammachining）。激光加工可以用于打孔、切割、焊接、热处理等各个领域。主要内容一、激光加工的原理和特

2、点二、激光加工基本设备及其组成部分三、激光加工的应用四、激光空化泡概述一、激光加工的原理和特点（一）、激光的产生原理1、光的物理概念及原子的发光过程（1）光的物理概念光究竟是什么？直到近代，人们才认识到光即具有波动性，又具有微粒性，也就是说，光具有波粒二象性。根据光的电磁学说，可以认为光实质上是一定波长范围内的电磁波，同样也有波长λ、频率ν、波速C，它们三者之间的关系为λ=C/V如果把所有电磁波按波长和频率依次进行排列，就可以得到电磁波波谱。如图。人们能够看见的光称为可见光，它的波长为0.4-0.76um。根据波长不同，可见光分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫

3、等七种光，波长大于0.76um的称为红外光或红外线，小于0.4的称为紫外线。根据光的量子学说，又可以认为光是一种具有一定能量的以光速运动的微粒子流，这种具有一定能量的粒子就称为光子。不同频率的光对应于不同能量的光子，光子的能力与光的频率成正比。光子能量：E=hv（2）原子的发光原子由原子核和绕原子核作公转运动的电子组成。原子的内能就是电子绕原子核转动的动能和电子被原子核吸引的位能之和。如果由于外界的作用，使电子与原子核的距离增加或缩小，则原子的内能也随之增大或缩小。只有电子在最靠近原子核的轨道上运动才是最稳定的，人们把这时原子所处的能级状态称为基态。当外界

4、传给原子一定的能量时，原子的内能增加，外层电子的轨道半径扩大，被激发到高能级，称为激发态或高能态。被激发到高能级的原子一般是很不稳定的，它总是力图回到能量较低的能级去，原子从高能级回落到低能级的过程，称为“跃迁”。在基态时，原子可以长时间的存在，而在激发状态的各种高能级的原子停留的时间一般都较短。但有些原子或离子的高能级或次高能级却有着较长的寿命，这种寿命较长的较高能级，称为亚稳定能级。当原子从高能级跃迁回到低能级或基态时，常常会以光子的形式辐射出光能量，所放出光的频率V与高能态En和低能态E1之差的关系为V=En-E1/h式中h为普朗克常数原子从高能态自

5、发的跃迁到低能态而发光的过程，称为自发辐射，日光灯等光源都是由于自发辐射而发光的。由于各个受激原子自发跃迁返回基态时在时序上先后不一，辐射出来的光子在各个方向上。加上它们的激光能级较多，自发辐射出来光的频率和波长大小不一，所以单色性差，方向性也差。物质的发光除自发辐射外，还存在一种受激辐射。当一束光入射到具有大量激发态原子的系统中，若这束光的频率V与En-E1/h很接近，则处在激发能级上的原子，在这束光的刺激下会跃迁回较低能级，同时发出一束光，这束光与入射光有着完全相同的特性，它的频率、相位、传播方向、偏振方向都完全一致的。因此可以认为它们是一模一样的，相

6、当于把入射光放大，这样的发光过程称为受激辐射，受激辐射是产生激光的基础。（3）、激光的产生某些具有亚稳定能级结构的物质，在一定外来光子能量激发的条件下，会吸收光能，使处在较高能级的原子数目大于处于低能级的原子数目，这种现象称为“粒子数反转”。在粒子数反转的状态下，如果有一束光子照射该物体，而光子的能量恰好等于这两个能级相对应的能量差，这时就能产生受激辐射，输出大量的光能。（二）激光的特性1、强度高一台红宝石脉冲激光器的亮度要比高压脉冲氙灯高37亿倍，比太阳表面的亮度也要搞20多亿倍2、单色性好激光出现之前，单色性最好的光源要算氪灯，它发出的单色光中心波长为

7、605.7nm，谱线宽0.00047nm，激光出现后，激光的谱线宽可小于10-8nm3、相干性好4、方向性好（三）激光加工的特点激光加工的特点主要有以下几个方面：1、几乎对所有的金属和非金属材料都可以进行激光加工。2、激光能聚焦成极小的光斑，可进行微细和精密加工，如微细窄缝和微型孔的加工。3、可用反射镜将激光束送往远离激光器的隔离室或其它地点进行加工。4、加工时不需用刀具，属于非接触加工，无机械加工变形。5、无需加工工具和特殊环境，便于自动控制连续加工，加工效率高，加工变形和热变形小。二、激光加工基本设备及其组成部分激光加工的基本设备由激光器、导光聚焦系统

8、和加工机(激光加工系统)三部分组成。（一）激光器激光器是激光加工的