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1、激光加工技术原理及应用浅析专业：机械设计制作及其自动化班级：机制1306姓名：张浩然学号：13110101192日期：2016年4月11日摘要激光技术是20世纪60年代发展起来的一门学科。随着大功率激光器的出现并用于材料加工，已逐步形成一种新的加工方法——激光加工（LasserBeamMachining,LBM)。激光可以应用于打孔、切割、电子器件的微调、焊接、热处理以及激光存储等各个领域。激光加工不需要加工工具，加工速度快，表面变形小，可以加工各种材料，而且容易进行自动话控制，在日常生产实践中越来越受人们重视。一激光加工原理和特
2、点1.1原理激光加工是在光热效应下产生的高温熔融和冲击波的综合作用过程。它利用激光高强度、高亮度、方向性好、单向性好的特性，通过一系列的光学系统，聚焦成平行度很高的微细加工束（直径仅为几微米至几十微米）以获得极高的能量密度（~）照射到材料上，并在极短的时间内（千分之几秒，甚至更短）使光能转化为热能，被照部位迅速升温，材料发生熔化、汽化、金相组织变化以及产生相当大的热应力，达到加热和去除材料的目的。激光加工时，为了达到各种加工要求，激光束与工件表面需要做相对运动，同时光斑尺寸、功率以及能量要求可调。1.2分类按光与物质相互作用机理,
3、大体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。激光热加工系指激光束作用于物体所引起的快速热效应的各种加工过程，也成为热加工；激光光化学反应加工系指激光束作用于物体,借助高密度高能量光子引发或控制光化学反应的各种加工过程,也称为冷加工。热加工和冷加工均可对金属材料和非金属材料进行切割、打孔、刻槽、标记等。热加工对金属材料进行焊接、表面强化、切割均极有利;冷加工则对光化学沉积、激光刻蚀、掺杂和氧化很合适。1.3激光加工特点1)聚焦后，激光加工的功率特别高，光能转化为热能，可以熔化、汽化任何材料。例如耐热合金、陶瓷、石英、金刚石等
4、硬脆材料都可以加工2)激光光斑大小可以聚焦到微米级，输出功率可以调节，故可以用于精密微细加工。3)激光加工所用工具是激光束，属于非接触加工，故没有明显的机械力，没有工具损耗问题。加工速度快，热影响区小，容易实现加工过程的自动化，还可以通过透明体进行加工，例如对真空管内部经行焊接加工等。4)与电子束加工相比较，激光加工装置比较简单，不要求复杂的抽真空装置。5)激光加工是一种瞬时、局部熔化、气化的热加工，影响因素很多，因此，精微加工时，精度尤其是重复精度和表面粗糙度不易保证，必须进行反复试验，寻找合理的加工参数，才能达到加工要求，1)
5、由于光的反射作用，对于表面光泽或者透明的的材料，加工前需要进行色化或打毛处理，使更多的光能被吸收后转化为热能用于加工。二激光加工工艺及应用(依据光与物质相互作用机理)2.1激光焊接激光焊接是把激光聚焦成很细的高能量密度光束照射到工件上,使工件受热熔化,然后冷却得到焊缝。激光焊缝熔深大,速度快,效率高;激光焊缝窄,热影响区很小,工件变形也很小,可实现精密焊接;激光焊缝结构均匀,晶粒很小,气孔少,夹杂缺陷少,在机械性能,抗蚀性能和电磁学性能上优于常规焊接方法。激光焊接技术具有溶池净化效应,能纯净焊缝金属,适用于相同和不同金属材料间的焊
6、接。激光焊接能量密度高,对高熔点、高导热率和物理特性相差很大的金属焊接特别有利。目前,汽车行业将不同材质的薄钢板实施激光拼接焊后冲压成型。2.2激光切割激光切割是利用激光束聚焦形成高功率密度的光斑,将材料快速加热至汽化温度,蒸发形成小孔洞,并使光束与材料相对移动,实现连续孔洞的窄切缝。其根据发出光束的频率可分为，脉冲激光和连续激光。脉冲激光适用于金属材料,连续激光（大功率连续输出的激光器）适用于非金属材料,连续激光由于输出的激光束因热传导而使切割效率降低，同时热影响层也比较深，在精密机械加工中一般多采用高重复频率的脉冲激光器。同时
7、激光器与计算机控制的自动设备结合,激光束具有无限的仿形切割能力,切割轨迹修改方便;通过预先在计算机内设计,进行众多复杂零件整张板排料,可实现多零件同时切割,节省材料。2.3激光表面强化激光表面热处理技术包括激光相变硬化技术、激光涂覆技术、激光合金化技术、激光冲击强化技术等,这些技术对改变材料的机械性能、耐热性和耐腐蚀性等有重要作用。① 激光相变硬化(即激光淬火)是激光热处理中研究最早、最多、进展最快、应用最广的一种新工艺,适用于大多数材料和不同形状零件的不同部位,可提高零件的耐磨性和疲劳强度。① 激光合金化和激光涂敷：激光合金化和
8、激光涂夜是利用高功率激光束快速扫描金属工件表面，使一种或多种合金元素与工件材料表面一起快速熔化再凝固，共同形成硬化层。② 激光冲击强化：激光冲击强化使用脉冲宽度极短激光照射材料表面，可以产生高强度冲击波，使得金属材料的机械性能改善，阻止裂纹的产生和
