激光加工技术(精)课件.ppt

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1、激光加工技术长春工业大学工程训练中心李晓路二十世纪四大发明——半导体；原子能；计算机；激光1激光的产生及其特性主要内容2激光加工的基本原理及特点3激光加工的基本设备4激光加工技术的应用1.1激光的产生光的产生与光源内部原子运动状态有关,原子内的原子核和核外电子间存在着吸引和排斥的矛盾，电子按一定的半径的轨道围绕原子核运动。当原子接受一定的外来能量或向外释放一字的能量时，核外电子的运动轨道半径将发生变化，即产生能级变化，这就是发光的原理。激光是通过入射光子影响处于亚稳态高能纺的原子、离子或分子跃迁到低能能而完成受激辐射时发出的光，简言之，激光就是受激辐射得到的加强光。激光的产生

2、如图所示原子核－原子结构放電稳定状態当外加能量为零时，分子处于稳定状态。原子核－原子核－激励激励状態当原子获得高能量时其结构处于不稳定状態－还原－光不稳定的原子放出激光后，还原到原来的稳定状态。放電･激光的发生原理激励还原激励还原･激光的发生原理電極電極激光熱1.2激光的特性普通光源激光光源亮度电灯：约470sb太阳：约1.65X105sb红宝石激光器，约1.65X1015sb功率1000MW/cm2方向无确定方向、发散角大、难会聚发散角小到0.1mrad（近似平行光），光束会聚其焦点处光斑10um单色性氪灯的光源谱线宽为0.0047Å激光的谱线宽度为10-7Å相干性氪灯光源

3、的相干长度78cm激光的相干长度可达几十公里激光加工是一种重的高能束加工方法，它是利用激光高强度、高亮度、方向性好、单色性好的特性，通过一系列的光学系统聚焦成平行度很高的微细光束（直径几微米至几十微米），获得极高的能量密度（108~1010W/cm2）照射到材料上，使材料在极短的时间内（千分之几秒甚至更短）熔化甚至气化，以达到加热和去除材料的目的。2.1激光加工的基本原理2.1激光加工的基本原理固体激光器加工简图1-全反射镜2-激光工作物质3-激励能源4-部分反射镜5-透镜6-工件2.2激光加工的特点1）适应性强激光加工的功率密度高，几乎能加工任何材料，如各种金属、陶瓷、

4、石英、金刚石、橡胶等。2）加工精度高3）加工质量好4）加工速度快效率高激光束可聚焦成微米级的光斑（理论上直径可小于1um）适合精密微细加工。激光加工能量密度高,热作用时间很短,整个加工区几乎不受热的影响,工件热变形极小，故可加工对热冲击敏感的材料。激光打孔只需0.01s，切割比常规方法提高效率8~20倍，激光焊接可提高效率30倍，微调薄膜电阻可提高1000倍，提高精度1~2数量级。5）容易实现自化加工激光束传输方便，易于控制，便于与机器人、自动检测、计算机数字控制等先进技术相结合。2.2激光加工的特点6）通用性强用一台激光器改变不同的导光系统，可以处理各种形状和尺寸的工件。也

5、可以选择适当的加工条件，用同一台装置进行切割、打孔、焊接和表面处理等多种加工。7）节能节材激光束的能量利用率为常规热加工工艺的10~1000倍，激光切割可以节省材料15%~30%。8）激光可通过光学透明介质（玻璃、空气、惰性气体和某些液体）对工件进行加工。激光加工是一种瞬时、局部的熔化和气化加工，影响因素多。因此，微细加工时的重复加工精度和表面粗糙度不易保证。此外对具有高热传导率材料的加工较困难。不足点3激光加工基本设备激光器是激光加工的核心设备，通过它可以把电能转化成光能，获得方向好、能量密度高、稳定的激光束。按材料分：固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器及自由

6、电子激光器。按工作方式分：连续激光器和脉冲激光器。1）激光器2）激光器电源3）光学系统4）机械系统激光电源根据加工工艺的要求，为激光提供所需的能量及控制功能。由于激光器的工作特点不同，对供电电源的要求也不同。光学系统包括聚焦系统和观察瞄准系统。聚焦系统的作用是把激光引向聚焦物镜，并聚焦在加工工件上；为了使激光束准确地聚焦在加工位置，要有焦点位置调节以及观察描准系统。机械系统主要包括床身、工作台和机电控制系统。4激光加工技术的应用激光加工应范围很广，其原因是其输出功率较大，既可脉冲输出，也可连续输出；激光束既可以聚焦成小的光斑，也可聚焦成直线或其他开状；功率密度可调范围大；激光

7、可以在不同的环境下工作；同时也能很方便地用在其他方法不易加工的地方。材料加热温度的高低主要取决于激光辐射功率密度。功率在103~104/cm2时只能加热材料，在105~106/cm2时，材料开始熔化；到106~107/cm2以上时材料则产生蒸发。激光辐射在加工材料上引起的作用不仅与辐射的功率密度有关，还与辐射的延续时间有关，调节这两个参数，便可以得到不同的工艺规范，进行加工。慨述主要的应用有：打孔、切割、焊接、热处理、雕刻、微调和快速成型。4.1激光打孔激光打孔特点1）可加工精度高、深径比大的微小孔2）