激光焊接实验报告
一、实验目的
1、理解激光焊接的基本原理及特点，熟悉运用激光进行金属焊接的具体过程。
与YAG 两种激光器的焊接过程，理解其焊接方式的条件及形成机理。
2、观察CO
2
3、掌握激光焊接机床及机械手的基本操作步骤和方法，能够进行简单的焊接操作。
4、掌握金相测量方法，观察和记录焊接实验现象，测量熔深、熔宽，并对焊接结果进行合理分析。
5、了解激光焊接的应用。
二、实验原理
2.1 激光焊接原理
激光焊接采用连续或脉冲激光束实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104 ~105 W/cm2为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105~107W/cm2时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。图1 是CO2 激光器焊接结构图。
图1 CO2激光器焊接结构图
在焊接金属的过程中，随着激光功率密度提高，材料表面会发生一系列变化，其包括表面温度升高、熔化、气化、形成小孔并出现光致等离子体。不同功率密度激光焊接金属材料时的主要过程如图2所示。当激光功率密度小于104W/cm2数量级时，金属吸收激光能量只引起材料表层温度的升高，并没有发生熔化。当功率密度在大于104W/cm2小于106W/cm2数量级范围内时，金属料表层发生熔化。功率密度达到106W/cm2数量级时，材料表面在激光束的作用下发生气化，在气化反冲压力的作用下，液态熔池向下凹陷形成深熔小孔。同时，伴随有金属蒸汽电离形成光致等离子体的现象。当功率密度大于107W/cm2时，光致等离子体将逆着激光束的入射方向传输，形成等离子体云团，出现等离子体对激光的屏蔽现象。
图2 不同功率密度激光辐照金属材料的主要物理过程
2.2激光焊接模式
根据是否产生小孔效应可以把激光焊接分为两种模式，即热导焊模式和深熔焊模式。
2.2.1、激光热传导焊接
激光加热加工表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池，如图3（a）所示。当焊接熔池在金属蒸汽反冲压力作用下向下凹陷形成深熔小孔后，材料对激光的吸收将发生突变。材料的吸收率将不再仅与激光波长、金属特性和材料表面状态有关，而主要取决小孔效应和等离子体与激光的相互作用等因素，此时焊接模式由热导焊接转变为深熔焊接。
2.2.2、激光深熔焊接
激光深熔焊接一般采用连续激光光束完成材料连接，其冶金物理过程与电子束焊接
极为相似，即能量转换机制是通过“小孔”结构来完成的。在足够高的功率密度激光照射下，材料产生蒸发并形成小孔。这个充满蒸汽的小孔犹如一个黑体，几乎吸收全部的入射光束能量，孔腔内平衡温度达2500°C 左右，热量从这个高温孔腔外壁传递出来，使包围着这个孔腔四周的金属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽，小孔四壁包围着熔融金属，液态金属四周包围着固体材料（而在大多数常规焊接过程和激光传导焊接中，能量首先沉积于工件表面，然后靠传递输送到内部）。孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。光束不断进入小孔，小孔外的材料在连续流动，随着光束移动，小孔始终处于流动的稳定状态。也就是说，小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动，熔融金属填充着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝，焊缝于是形成，如图3（b）所示。上述过程的所有这一切发生得如此快，使焊接速度很容易达到每分钟数米。
a 激光热导焊示意图
b 激光深熔焊示意图
图3 激光焊接原理图
2.3激光束自聚焦过程
激光束作用金属材料表面时，在低功率密度情况下，金属材料对激光的吸收仅发生在表面很薄区域内，使表面温度升高。当激光功率达到材料蒸发所需的临界功率密度时，金属表面开始发生蒸发。随着激光功率密度的升高，蒸发产生的压力增大，熔池的下陷深度增加，同时，熔池表面的曲率半径将减小，如图4所示。由于熔池表面下陷，形成凹坑，导致激光束辐照在熔池上的入射角发生改变，凹陷的熔池使入射激光经反射后汇聚于熔池底部，更高的功率密度促使熔池底部金属蒸发加剧，产生的反冲压力升高，促使熔池进一步下陷。当材料的蒸发压力达到某一临界值时，蒸汽产生的反冲压力使下陷的熔池陡然形成小孔，焊接深度跳跃式增长，材料对激光的吸收率将急剧增加，形成激光深熔焊接。
图4 激光束自聚焦示意图
2.4激光焊接的工艺参数
激光焊的主要工艺参数包括脉冲能量、脉冲宽度（脉宽）、脉冲形状、功率密度以及离焦量或焦点位置等。
2.4.1 功率密度
对于不同的激光焊接，存在一个激光能量密度阈值，低于此值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高。只有当工件上的激光功率密度超过阈值，等离子体才会产生，这标志着稳定深熔焊的进行。如果激光功率低于此阈值，工件仅发生表面熔化，也即焊接以稳定热传导型进行。而当激光功率密度处于小孔形成的临界条件附近时，深熔焊和传导焊交替进行，成为不稳定焊接过程，导致熔深波动很大。在传导型激光焊接中，功率密度在范围在104~106W/cm2，在激光深熔焊接的功率密度在108~1010W/cm2。
2.4.2 激光脉冲波形
当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉，且反射率随表面温度变化，在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变化很大。
2.4.3 激光脉冲宽度
脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区别于材料去除和材料熔化的
重要参数，也是决定加工设备造价及体积的关键参数。
2.4.4 离焦量
激光焊接通常需要一定的离焦量，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。离焦方式有两种：正离焦与负离焦。在实际应用中，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。如图5所示。
图5 激光束的离焦量定义
2.4.5 材料吸收值
材料对激光的吸收取决于材料的一些重要性能，如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温度等，其中最重要的是吸收率。影响材料对激光光束的吸收率的因素包括两个方面：首先是材料的电阻系数，经过对材料抛光表面的吸收率测量发现，材料吸收率与电阻系数的平方根成正比，而电阻系数又随温度而变化；其次，材料的表面状态（或者光洁度）对光束吸收率有较重要影响，从而对焊接效果产生明显作用。
2.4.5.1 波长对吸收率的影响
金属的吸收率A与激光波长λ和金属的直流电阻率ρ存在如下关系：
A=
6中得：固体金属表面对激光的反射性较强，这是因为金属
对激光的吸收主要是通过大量自由电子的带间跃迁实现的，自由电子受光波中强烈的电磁波的影响强迫振动而产生次波，次波又造成强烈的反射波和比较弱的透射波。因此，金属的电导率越高，其反射率也越高。
图6 室温下不同金属对不同波长激光的吸收率
2.4.5.2 温度对吸收率的影响
随着温度升高，在激光作用下金属的吸收率与温度的关系可由下面的公式描A(T ) = A +r (T -T )，从理论上，材料对激光的吸收率随温度的升高而增述：00
大，金属材料在室温下的吸收率都比较小，当金属温度达到熔点产生熔融和气化后，吸收率上升到40~50%；当接近沸点时吸收率可高达90%，激光功率越大、作用时间越长，金属的吸收率越高。
2.4.5.3 表面粗糙度对吸收率的影响
材料的表面状况如：粗糙度、氧化层和缺陷等对激光的反射率影响很大。因此增大材料表面粗糙度可以提高材料对激光的吸收率。当粗化表面微观不平度达到波长量级左右时，材料对激光的吸收率变化较大。但随着温度的升高，这种现象将减少，甚至为零。
2.4.6 焊接速度
焊接速度对熔深影响较大，提高速度会使熔深变浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。所以，对一定激光功率和一定厚度的某特定材料有一个合适的焊接速度范围，并在其中相应速度值时可获得最大熔深。
2.4.7 保护气体
保护气体的作用：
ⅰ、激光焊接过程常使用惰性气体来保护熔池，当某些材料焊接可不计较表面氧化时则也可不考虑保护，但对大多数应用场合则常使用氦、氩、氮等气体作保护，使工件在焊接过程中免受氧化。
ⅱ、保护聚焦透镜免受金属蒸汽污染和液体熔滴的溅射。特别在高功率激光焊接时，由于其喷出物变得非常有力，此时保护透镜则更为必要。
ⅲ、驱散高功率激光焊接产生的等离子屏蔽。金属蒸汽吸收激光束电离成等离子云，金属蒸汽周围的保护气体也会因受热而电离。如果等离子体存在过多，激光束在某种程度上被等离子体消耗。等离子体作为第二种能量存在于工作表面，使得熔深变浅、焊接熔池表面变宽。通过增加电子与离子和中性原子三体碰撞来增加电子的复合速率，以降低等离子体中的电子密度。中性原子越轻，碰撞频率越高，复合速率越高；另一方面，只有电离能高的保护气体，才不致因气体本身的电离而增加电子密度。
从表可知，等离子体云尺寸与采用的保护气体不同而变化，氦气最小，氮气次之，使用氩气时最大。等离子体尺寸越大，熔深则越浅。造成这种差别的原因首先由于气体分子的电离程度不同，另外也由于保护气体不同密度引起金属蒸汽扩散差别。
三、实验设备和实验材料
3.1 实验设备及其参数
3.1.1 CO2激光器焊接系统
激光器。配备六轴联动激光三维加工系统Rofin? Slab DC035——CO
2
3.1.2 Nd：YAG 激光器焊接系统
3.2 实验材料
激光器焊接：45#低碳钢（6mm 厚），6061 铝合金。
CO
2
Nd:YAG 激光器焊接：316L不锈钢，6061 铝合金。
金相：5%硝酸、10% NaOH 溶液。
四、实验方法
4.1 焊接实验
焊接方式采取平板焊接方式，焊接过程中依次增大激光器功率，对比不同的金属材料（低碳钢，铝合金）在不同功率下对焊接过程实现想象及结果。实验过程中仔细观察实验现象，如激光焊接时的颜色、声音和产生的火花现象。实验过程中严格记录实验数据、实验现象，由于两种激光对人眼均有伤害，实验过程中必须严格遵守相应安全守则。
4.2 实验过程及实验结果
4.2.1 CO2激光器焊接实验
用3500W 的CO
2
激光器对45#低碳钢，6061 铝合金进行焊接，焊接过程都采用He气保护，气体流量15L/min，用焦距300mm 透镜聚焦将光斑汇聚到280um，正离焦焊接，焊接速度为2m/min。
A、 45#低碳钢钢焊接
将功率从500W 开始逐步增加至3500W，共选取11个功率点进行焊接。将实验现象及数据记入表2，激光功率/功率密度与熔深、熔宽的关系见图7、8。
B、铝合金6061 焊接功率从1200W 开始逐步增加至3500W，共选取13 个功率点进行焊接。将实验现象及数据记入表3，激光功率/功率密度与熔深、熔宽的关系见图9、10。
4.2.2 YAG激光器316L不锈钢焊接实验
用2500W的YAG激光器对45#低碳钢进行焊接，根据试样规格对机械手进行调试，设定焊接实验程序。保护气体采用4bar的Ar气，焊接速度为2m/min。采用F=120mm透镜，光斑为0.6mm.焊接过程中先通保护气体再开光，由于YAG 激光对人眼有很大伤害，焊接过程中必须佩戴防护眼镜。
A、316L不锈钢焊接
焊接功率从600W逐渐变化到1600W，共11个功率点。将实验现象及数据记入表4，激光功率/功率密度与熔深、熔宽的关系见图11、12。
B、铝合金6061焊接
焊接功率从600W逐渐变化到1200W。将实验现象记入表5。
4.3 金相分析实验
选取适当位置切割试样，并进行研磨、腐蚀，之后在光学显微镜下观察焊缝熔宽、熔深及焊缝中的缺陷，选择合适的测量标准记录数据。
实验过程：
选取适当位置在切割机上进行切割，在本次实验中对每一块试样进行两次切割，并选取3~4 个截面进行细致研磨，将磨好后的试样进行腐蚀，其中45#低碳钢选择5%硝酸、酒精混合溶液，铝合金采用NaOH 溶液，腐蚀时间大概1~5min。试样处理好后，在光学显微镜下对焊缝的熔宽、熔深及焊缝中的宏观缺陷进行测量，将各组实验数据记录并整理记入表2、3、4。
五、实验结果及分析
由测量中采用35 格为1mm，根据实验数据，利用公式
1
35
n
n
n
k
X
n
=
=
∑
计算不同功
率情况下熔深、熔宽的平均值，其中X 为平均熔深或熔宽，n
k 为第n 个测量点
下的格子数，为n 测量点的数目。
功率转化为功率密度的公式为：
2p
s r π=
，其中S 为功率密度， P 为激光功
率，r 为光斑半径。利用excel 绘出各焊接条件下熔深、熔宽与激光功率（功率密度）之间的关系曲线（以激光器的功率（功率密度）为横坐标，试样的熔深和熔宽的长度为纵坐标），通过观察曲线中熔深和熔宽的变化，确定阈值范围，进而进行实验分析。
5.1 CO 2 激光器焊接实验
5.1.1 45#低碳钢钢焊接实验现象，结果及分析：
2图7 熔深、熔宽与功率的关系曲线 图8 熔深、熔宽与激光功率的关系曲线
从表2 中及图7、8 中可以看出在保护气体为He ，焊接速度保持在2m/min 的情况下，随着激光功率密度的提高，45#钢的材料表面会发生一系列变化，包括表面温度升高、熔化、气化、形成小孔并出现光致等离子体，同时声音也逐
渐增大，飞溅增强，光亮加深，光亮刺眼更强且刺眼体积部分变大。当激光功率密度小于600W(功率密度为9.7×105W/cm2)，曲线变化比较平缓，金属吸收激光能量只引起材料表层温度的升高及表层发生熔化。功率密度到达700W(功率密度为1.137×106W/cm2)时，曲线变化加快，材料表面在激光束的辐照下发生气化，在气化反冲压力的作用下，液态熔池向下凹陷形成深熔小孔，熔深、熔宽较之600W 的焊接点有显着提高，即发生了跳变，在此之后，随着激光功率的增加，熔深与熔宽之比也有较大幅度的提高。根据激光焊接模式原理，我们得知在功率密度为1.137×106 W/cm2之前，属于热传导过程，即焊接类型为热导焊，而在该临界点（阈值）后，熔池深宽比增大，这时焊接类型为深熔焊。
5.1.2 铝合金6061 焊接实验现象及结果
图10 熔深，熔宽与功率密度的关系曲线
在对铝合金6061 的焊接中，由表3，图9、10 知，激光功率在1000W~2200W 的七个焊接点时，熔深熔宽较小，表面仅有细微变化，在激光功率为2200~2400W、功率密度为3.575×106W/cm2~3.900×106 W/cm2时，熔深、熔宽有了大幅度提升（突变），可见阈值范围在3.900×106 W/cm2附近，即阈值之前为热导焊、阈值之后为深熔焊。在激光功率为2200W~3500W、功率密度为3.575×106 W/cm2~5.687×106 W/cm2时，熔深熔宽的深度及宽度增长，即在一定条件范围内，随着功率的增加，焊接深度增加。
5.2 YAG 激光器316L 不锈钢焊接实验
5.2.1 45#低碳钢钢焊接
表4 固体Nd：YAG 激光器焊接316L 不锈钢熔深，熔宽与功率(功率密度)的实验数据
图12 熔深，熔宽与功率密度的关系曲线
在实验过程中可以观察到：随着激光功率的增加，光线逐渐变亮，伴随烟尘，蓝光的产生，并且声音逐渐增大。但焊接的整个过程中均无飞溅的产生。从表4，图11中我们可以看出，功率在增加过程中，焊接的熔深、熔宽均随之增加。如图11、12 所示，当激光加工功率在1300W~1400W（功率密度为0.460×106W/cm2~0.495×106W/cm2）之间时，焊缝的深度，宽度以及深宽比有大幅度提高，而在此之前的都比较小，因此我们推算功率的阈值约1300W~1400W 中间值1350W 左右，功率密度阈值约为0.478×106W/cm2左右。即在临界点之前可认为焊接类型为热导焊，之后为深熔焊。
5.2.2 铝合金6061 焊接
固体Nd：YAG 激光器焊接6061 铝合金无实验数据，实验过程现象如表5 所示
有他们之间的曲线关系。但理论上，整个过程均没有出现深熔焊，即均为热导焊，且随着激光功率的增加，熔深和熔宽应该会有小幅度的提升或变化。
六、实验结论
通过对四次实验数据的分析和对比，我们得到以下结论：
1、在任何一种焊接方式下，随着激光功率(功率密度)的增加（其他各条件保持不变），焊缝的熔深与熔宽都随之增大，即焊缝的尺寸与功率成正相关。其中在达到某一特定功率密度时，焊缝的尺寸会大幅度增加，深宽比也显着增大，我们认为此时的功率密度即为热导焊向深熔焊转变的阈值。
2、由于材料本身的性质，如粗糙度、对波长吸收率等特性，不同类型的金属焊接的结果也有所不同。如在本次实验中，铝合金对激光的吸收率较之45#低碳钢较低，一方面由于铝合金对激光的反射较强导致吸收率下降，另一方面则由于铝合金比45#低碳钢更容易产生等离子体屏蔽的现象。
3、因受到光束质量的影响，CO2激光器的聚焦光斑尺寸比YAG激光器要小，因此相同功率时前者的功率密度较大，所以CO2激光器焊接质量要优于YAG。
光束质量测量方法
一、实验目的
1、了解测量光束质量的方法
2、掌握基于空心探针测量原理的PROMETEC 公司的LASERSCOPE UFF100
大功率光束光斑质量检测仪的使用方法。
二、实验原理
采用基于空心探针测量原理的PROMETEC 公司的LASERSCOPE UFF100 大功率光束光斑质量检测仪测量大功率CO
激光器的光束质量。
2
如图13所示是空心探针探测法测量原理，这一方法过去是作为大功率激光光束光斑质量检测而提出的。由一个定速电机带动空心探针转动，探针一端有一个微孔，探针转动时微孔对光束(光斑)的某一横截面进行扫描，这样就可以获得激光功率(横截面分布)随时间变化的信息。探针是该仪器的关键部件，包括微孔、内光腔、反射镜等部分，微孔的大小由被测激光光束(光斑)的功率密度确定，直
径约为20~50μm。在选择探针材料时要考虑到抗高功率的激光损伤，另外，为了实时在线测量，探针的直径应尽量小，使测量时的光能量损耗小于1%。入射光束通过微孔，通过探针的两个倾斜的反射镜反射到热释电探测器上，获得激光的强度。
图13 大功率激光器光束质量测量原理
三、仪器介绍
测量仪包括传感器、机械装置、信号的提取与放大、控制电路、数据处理及显示等部分组成，其信号采集与处理系统原理图如图14所示。
图14 信号采集与处理系统
机械装置包括快速平动和高速转动两部分。快速平动装置是为了实现自动测量而设计的，其目的是使探针微孔在测量过程中能自动对准光束(光斑)的中心截面，平动装置由步进电机驱动精密丝杆，以保证位移精度。采用高速转动电机(1500r/min 以上)是为了提高探针的抗激光损伤阈值，并且测量到激光功率频率上限值由其最高转速确定。测量仪的工作是在高速单片机芯片80C320的控制下完成的。
热释电探测器的输出反映了入射激光功率的大小，将该信号转换成电压信号后，经放大、滤波处理，送A/D 转换器，转换成数字量后暂时保存在缓存中，测量结束后再通过RS232串行口传输到计算机，进行进一步的处理及显示。
仪器在测量过程中要求热释电探测器有很快的响应速度，在设计出的信号提取电路满足要求的同时，其前置运放的失调和噪声亦随之增大，因此设计了一个实时补偿电路。
四、测量优点
1、直接对大功率激光器进行测量，提高了测量的准确性；
，或大功率的YAG 激光进行测量；
2、通过更换探测器可分别对大功率的CO
2
3、可实现在线测量或在位测量；
4、通过改变高速转动电机的速度，可以改变采样频率。
该测量仪器经过一段时间的试用，其工作稳定、测试结果准确可靠，可望填补在各种大功率激光器的应用场合不能测量激光功率的空白。
?CO2切割实验设计与结果
采用AutoCAD 设计图15 所示的图形如图所示：
图15 CO2切割图样
?致谢
感谢实验过程中张冬云，陈虹，杨胶溪，鲍勇等老师的耐心指导，感谢龙明亮、朱航鸥、韩欣欣、梁晓莉、孙若愚等同学一起协同合作，共同完成实验内容。
激光焊接的工作原理及其主要工艺参数摘要：焊接技术主要应用在金属母材热加工上，常用的有电弧焊，电阻焊，钎焊， 电子束焊，激光焊等多种，本文详细介绍了激光焊接的工作原理与工艺参数，还讨论了激光焊接技术在现代工业中的应用，并与其他焊接方法进行对比。研究表明激光焊接技术将逐步得到广泛应用。 关键词：焊接技术；激光焊接；工作原理；工艺参数。 1. 引言 目前常用的焊接工艺有电弧焊、电阻焊、钎焊、电子束焊等。电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法，它包括手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等。但上述各种焊接方法都有各自的缺点，比如空间限制，对于精细器件不易操作等，而激光焊接不但不具有上述缺点，而且能进行精确的能量控制，可以实现精密微型器件的焊接。并且它能应用于很多金属，特别是能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。 激光指在能量相应与两个能级能量差的光子作用下，诱导高能态的原子向低能态跃迁，并同时发射出相同能量的光子。激光具有方向性好、相干性好、单色性好、光脉冲窄等优点。激光焊接是利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接，这种焊接通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。激光焊接从上世纪60年代激光器诞生不久就开始了研究，从开始的薄小零器件的焊接到目前大功率激光焊接在工业生产中的大量的应用，经历了近半个世纪的发展。由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点，近年来正成为金属材料加工与制造的重要手段，越来越广泛地应用在汽车、航空航天、造船等领域。虽然与传统的焊接方法相比，激光焊接尚存在设备昂贵、一次性投资大、技术要求高的问题，但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线。 2. 激光焊接原理 2.1激光产生的基本原理和方法 光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子。微观粒子都具有一套特定的能级，任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的状态，物质与光子相互作用时，粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差△E，频率为ν=△E/h。爱因斯坦认为光和原子的相互作用过程包含原子的自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。我们考虑原子的两个能级E1和E2，处于两个能级的原子数密度分别为N1和N2。构成黑体物质原子中的辐射场能量密度为ρ，并有E2 -E1=hν。 2.1.自发辐射 处于激发态的原子如果存在可以接纳粒子的较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率自发地从高能级激发态（E2）向低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子，光子频率ν=（E2-E1）/h。这种辐射过程称为自发辐射。自发辐射发出的光，不具有相位、偏振态上的一致，是非相干光。 2.2.受激辐射 除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。当频率为ν=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，
目录 1 实验课题 (1) 2 实验目标 (1) 3 实验原理 (1) 3.1 轧制实验原理 (1) 3.1.1 轧制原理 (1) 3.1.2 轧制力测定原理 (1) 3.2 拉伸实验原理 (2) 4 实验参数设定 (3) 4.1 轧制实验参数的确定 (3) 4.1.1 试样参数的设定 (3) 4.1.2 轧制参数的设定 (3) 4.2 拉伸实验参数的确定 (3) 5 实验内容 (4) 5.1 轧制实验 (4) 5.1.1实验仪器及材料 (4) 5.1.2实验步骤 (4) 5.2 拉伸实验 (4) 5.2.1 实验仪器及材料 (4) 5.2.2实验步骤 (4) 6 实验结果与分析 (5) 6.1 轧制实验结果 (5) 6.2 分析与讨论 (8) 6.2.1 轧制实验 (8) 6.2 拉伸实验结果 (10) 7 实验小结 (15)
综合实验 1 实验课题 变形程度对金属板材冷轧变形力和机械性能的影响。 2 实验目标 通过改变压下量h ?，即改变变形程度h ε（H h H h H h //)(?=-=ε）实验参数分别进行冷轧和拉伸试验，以此来研究铝板在进行同步冷轧时轧制力随变形程度的变化规律，以及在不同压下量时钢板的机械性能（主要为屈服强度s σ和抗拉强度b σ）的影响。 3 实验原理 3.1 轧制实验原理 3.1.1 轧制原理 同步轧制是指上下两轧辊直径相等，转速相同，且均为主动辊、轧制过程对两个轧辊完全对称、轧辊为刚性、轧件除受轧辊作用外，不受其它任何外力作用、轧件在入辊处和出辊处速度均匀、轧件的机械性质均匀的轧制。在轧制过程中，同步轧制变形区金属在前滑区，后滑区上下表面摩擦力都是指向中性面，中性面附近单位下力增强，使平均单位轧制增大。同步轧制时单位轧制压力沿变形区长度方向的类似抛物线形状分布。 3.1.2 轧制力测定原理 目前测量轧制力的方法有两种：应力测量法和传感器法。而传感器测量法又有电容式、 柱作为弹性元件。圆柱体在轧制力作用下产生形变使得应变片的电阻发生变化，将这些应变片按一定的方式连接起来，在接入电桥，就可得到一个与轧制力成比例关系的输出电压，从而将力参数转变成电信号，其原理图如图2所示。
CO2激光焊接成形实验报告 1.实验目的 (1)了解激光焊接热导焊和深熔焊两种焊接模式的原理，特别要掌握激光深熔焊的原理。 (2)了解激光焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律，利用实验方法获得焦点位置、激光功率 和焊接速度等对激光焊接焊缝成形的影响规律。 (3)测定焦点位置对激光焊接熔化效率的影响曲线。 2.实验内容 (1)学习并掌握激光深熔焊接的原理，主要包括小孔的形成、等离子体的产生和对焊接过程 的影响，以及激光深熔焊接的焊缝成形特征。 (2)利用2kW光纤激光器焊接低碳钢样品，焊后制备焊接横断面的金相试样，用光学显微 镜观察并记录不同焊接工艺条件下焊缝成形的特点，测试焊缝熔深和焊缝宽度随焦点位置、激光功率和焊接速度的变化规律。 (3)测量焊缝断面面积，得到焦点位置对激光焊接熔化效率的影响。 3.实验原理 激光焊接是一种利用高能量密度的激光束进行材料连接成形的方法。激光束经聚焦后可达到极高的功率密度，比常规热源的功率密度至少要高出两个数量级，因此激光可以熔化甚至汽化任何材料，可进行局部区域的微细焊接；焊接过程输入的线能量小，因此热影响区和热变形均很小；焊接速度高，可大大提高生产效率；光束易于传输，容易实现焊接自动化。 激光焊接系统一般由激光器、光路传输和聚焦系统、工作台组成。常用的大功率激光器主要有两类，一种是以CO2气体作为工作物质的激光器，称CO2激光器，可以输出10.6μm 波长的连续或脉冲激光；另一种是以掺钕钇铝石榴石晶体为工作物质的固体激光器，简称Nd:YAG或YAG激光器，可以输出1.06μm波长的连续或脉冲激光。 激光焊接可以两种模式进行，一种是基于小孔效应的激光深熔焊，另外是基于热传导方式的激光热导焊。激光深熔焊的原理如下：当功率密度高于5×105W/cm2的激光束照射在金属材料表面时，材料产生蒸发并形成小孔。深熔焊过程产生的金属蒸汽和保护气体，在激光作用下发生电离，从而在小孔内部和上方形成等离子体，这个充满金属蒸汽和等离子体的小孔就像一个黑体，入射激光进入小孔后经小孔壁的多次反射吸收后可达到90%以上的激光能量被小孔吸收，小孔周围的金属就是被小孔臂传递的能量所熔化。随着光束的移动，小孔前壁的液态金属材料被连续蒸发，小孔就以一种动态平衡的状态向前移动，包围小孔的熔融金属沿小孔周围向后流动，随后冷却并凝固形成焊缝。激光热导焊则是在功率密度低于5×105W/cm2下，基于热传导的焊接方法。由于通常情况下金属对激光的反射率较高，因此这种焊接方法获得的焊缝熔深很小。 在激光焊接中，激光功率、焊接速度和焦点位置是影响焊缝成形的主要参数，另外保护气体种类和流量也对焊缝成形产生重要影响。焦点位置是指光束焦点距工件表面的相对距离，定义焦点在工件表面以下为正（称入焦），反之为负（称离焦）。 焊缝成形参数主要包括熔深和焊缝宽度，激光焊接时，在同样的激光功率和焊接速度下，不同的焦点位置会影响聚焦光斑大小，从而影响作用在工件表面的激光功率密度，其结果会形成不同深度的小孔甚至不能形成小孔效应，产生不同熔深的焊缝。激光功率和焊接速度直接影响了输入的线能量，会导致焊缝成形的变化。
塑料成型加工技术实验报告范文 篇一：材料加工实验报告(注塑成型CAE分析实验) 一、实验目的 1、掌握注塑成型工艺中各参数如塑件材料、成型压力、温度、注射速度、浇注系统等因素对其成型质量的影响大小。 2、了解塑件各种成型缺陷的形成机理，以及各工艺参数对各种缺陷形成的影响大小。 3、初步了解注塑成型分析软件Moldflow的各项功能及基本操作。 4、初步了解UG软件三维建模功能。 5、初步了解UG软件三维模具设计功能。 二、实验原理 1、Moldflow注塑成型分析软件的功能十分齐全，具有完整的分析模块，可以分析出注塑成型工艺中各个参数如塑件材料、成型压力、温度、注射速度、浇注系统等因素对成型质量的影响，还可以模拟出成型缺陷的形成，以及如何改进等等，还可以预测每次成型后的结果。 2、注射成型充填过程属于非牛顿体、非等温、非稳态的流动与传热过程，满足黏性流体力学和基本方程，但方程过于复杂所以引入了层流假设和未压缩流体假设等。最后通过公式的分析和计算，就可以得出结果。 三、实验器材 硬件：计算机、游标卡尺、注塑机、打印机
软件：UG软件、Moldflow软件 四、实验方法与步聚 1、UG软件模型建立和模具设计（已省去）； 2、启动Moldflow软件； 3、新建一个分析项目； 4、输入分析模型文件； 5、网格划分和网格修改； 6、流道设计； 7、冷却水道布置； 8、成型工艺参数设置； 9、运行分析求解器； 10、制作分析报告 11、用试验模具在注塑机上进行工艺试验（已省去）； 12、分析模拟分析报告（省去与实验结果相比较这一步骤）； 13、得出结论 五、前置处理相关数据 1.网格处理情况 1）进行网格诊断，可以看到网格重叠和最大纵横比等问题；2）网格诊断，并依次修改存在的网格问题； 3）修改完后，再次检查网格情况。 2.材料选择及材料相关参数 在在方案任务视窗里双击第四项材料，弹出如图材料选择窗可直接选常用材料，也可根据制造商、商业名称或全称搜索 3. 工艺参数设置 双击方案任务视窗里的“成型条件设置”，这里直接用默认值。 4. 分析类型设置（1）最佳浇口位置分析 分析结果：
激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一，又常称为激光焊机、镭射焊机，按其工作方式常可分为激光模具烧焊机（手动焊接机）、自动激光焊接机、激光点焊机、光纤传输激光焊接机，光焊接是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材料熔化后形成特定熔池以达到焊接的目的。 一、激光焊接的主要特性。 20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。 高功率CO2及高功率YAG激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域。获得了以小孔效应为理论基础的深熔焊接，在机械、汽车、钢铁等工业领域获得了日益广泛的应用。 与其它焊接技术相比，激光焊接的主要优点是： 1、速度快、深度大、变形小。 2、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。 3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。 4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。 5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。 6、可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。尤其是近几年来，在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。 7、激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。 但是，激光焊接也存在着一定的局限性： 1、要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。这是因为激光聚焦后光斑尺雨寸小，焊缝窄，为加填充金属材料。若工件装配精度或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺憾。 2、激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资较大。 二、激光焊接热传导。
塑料成型加工技术实验报告范文 一、实验目的 1、掌握注塑成型工艺中各参数如塑件材料、成型压力、温度、注射速度、浇注系统等因素对其成型质量的影响大小。 2、了解塑件各种成型缺陷的形成机理，以及各工艺参数对各种缺陷形成的影响大小。 3、初步了解注塑成型分析软件Moldflow的各项功能及基本操作。 4、初步了解UG软件三维建模功能。 5、初步了解UG软件三维模具设计功能。 二、实验原理 1、Moldflow注塑成型分析软件的功能十分齐全，具有完整的分析模块，可以分析出注塑成型工艺中各个参数如塑件材料、成型压力、温度、注射速度、浇注系统等因素对成型质量的影响，还可以模拟出成型缺陷的形成，以及如何改进等等，还可以预测每次成型后的结果。 2、注射成型充填过程属于非牛顿体、非等温、非稳态的流动与传热过程，满足黏性流体力学和基本方程，但方程过于复杂所以引入了层流假设和未压缩流体假设等。最后通过公式的分析和计算，就可以得出结果。 三、实验器材 硬件：计算机、游标卡尺、注塑机、打印机 软件：UG软件、Moldflow软件 四、实验方法与步聚
1、UG软件模型建立和模具设计（已省去）； 2、启动Moldflow软件； 3、新建一个分析项目； 4、输入分析模型文件； 5、网格划分和网格修改； 6、流道设计； 7、冷却水道布置； 8、成型工艺参数设置； 9、运行分析求解器；10、制作分析报告 11、用试验模具在注塑机上进行工艺试验（已省去）； 12、分析模拟分析报告（省去与实验结果相比较这一步骤）；13、得出结论 五、前置处理相关数据1.网格处理情况 1）进行网格诊断，可以看到网格重叠和最大纵横比等问题；2）网格诊断，并依次修改存在的网格问题；3）修改完后，再次检查网格情况。 2.材料选择及材料相关参数 在在方案任务视窗里双击第四项材料，弹出如图材料选择窗 可直接选常用材料，也可根据制造商、商业名称或全称搜索 3. 工艺参数设置 双击方案任务视窗里的“成型条件设置”，这里直接用默认值。 4. 分析类型设置（1）最佳浇口位置分析 分析结果： 理论最佳浇口在深蓝色区，但实际选浇口位置还需根据模具结构设计等综合因素考虑。在方案任务视窗里双击第三项，弹出选择分析系列窗口，选择浇口分析，最后选择如图位置。
激光焊接实验报告 一、实验目的 1、理解激光焊接的基本原理及特点，熟悉运用激光进行金属焊接的具体过程。 2、观察CO2与YAG 两种激光器的焊接过程，理解其焊接方式的条件及形成机理。 3、掌握激光焊接机床及机械手的基本操作步骤和方法，能够进行简单的焊接操作。 4、掌握金相测量方法，观察和记录焊接实验现象，测量熔深、熔宽，并对焊接结果进行合理分析。 5、了解激光焊接的应用。 二、实验原理 2.1 激光焊接原理 激光焊接采用连续或脉冲激光束实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105W/cm2为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105 ~107W/cm2时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。图1 是CO2 激光器焊接结构图。
图1 CO2激光器焊接结构图 在焊接金属的过程中，随着激光功率密度提高，材料表面会发生一系列变化，其包括表面温度升高、熔化、气化、形成小孔并出现光致等离子体。不同功率密度激光焊接金属材料时的主要过程如图2所示。当激光功率密度小于104W/cm2数量级时，金属吸收激光能量只引起材料表层温度的升高，并没有发生熔化。当功率密度在大于104W/cm2小于106W/cm2数量级围时，金属料表层发生熔化。功率密度达到106W/cm2数量级时，材料表面在激光束的作用下发生气化，在气化反冲压力的作用下，液态熔池向下凹陷形成深熔小孔。同时，伴随有金属蒸汽电离形成光致等离子体的现象。当功率密度大于107W/cm2时，光致等离子体将逆着激光束的入射方向传输，形成等离子体云团，出现等离子体对激光的屏蔽现象。 图2 不同功率密度激光辐照金属材料的主要物理过程 2.2激光焊接模式 根据是否产生小孔效应可以把激光焊接分为两种模式，即热导焊模式和深熔焊模式。
一、激光基本原理 1、 LASER 是什么意思 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(通过诱导放出实现光能增幅的英语开头字母 2、激光产生的原理 激光――“受激辐射放大”是通过强光照射激光发生介质,使介质内部原子的电子获得能量,受激而使电子运动轨道发生迁移,由低能态变为高能态。处于激发态的原子,受外界辐射感应,使处于激发态的原子跃迁到低能态,同时发出一束光;这束光在频率、相位、传播方向、偏振等方面和入射光完全一致,此时的光为受激辐射光。 为了得到高能量密度、高指向性的激光,必须要有封闭光线的谐振腔,使观光束在置于激光发生介质两侧的反射镜之间往复振荡,进而提高光强,同时提高光的方向性。含有钕 (ND的 YAG 结晶体发生的激光是一种人眼看不见的波长为 1.064um 的近红外光。这种光束在微弱的受激发情况下,也能实现连续发振。 YAG 晶体是宝石钇铝石榴石的简称,具有优异的光学特性,是最佳的激光发振用结晶体。 3、激光的主要特长 a 、单色性――激光不是已许多不同的光混一合而成的,它是最纯的单色光 (波长、频率 b 、方向性――激光传播时基本不向外扩散。 c 、相干性――激光的位相 (波峰和波谷很有规律,相干性好。 d 、高输出功率――用透镜聚焦激光后,所得到的能量密度是太阳光的几百倍。 二、 YAG 激光焊接
激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功么密度等特点进行工作。通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内,在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区,从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。 常用的激光焊接方式有两种:脉冲激光焊和连续激光焊。前者主要用于单点固定连续和薄件材料的焊接。后者主要用于大厚件的焊接和切割。 l 、激光焊接加工方法的特征 A 、非接触加工,不需对工件加压和进行表面处理。 B 、焊点小、能量密度高、适合于高速加工。 C 、短时间焊接,既对外界无热影响,又对材料本身的热变形及热影响区小,尤其适合加工高熔点、高硬度、 特种材料。 D 、不需要填充金属、不需要真空环境 (可在空气中直接进行、不会像电子束那样在空气中产生 X 射线的危险。 E 、与接触焊工艺相比 . 无电极、工具等的磨损消耗。 F 、无加工噪音,对环境无污染。 G 、微小工件也可加工。此外,还可通过透明材料的壁进行焊接。 H 、可通过光纤实现远距离、普通方法难以达到的部位、多路同时或分时焊接。 I 、很容易改变激光输出焦距及焊点位置。 J 、很容易搭载到自动机、机器人装置上。
激光焊接原理与主要工艺参数 作者:opticsky 日期:2006-12-01 字体大小: 小中大 1．激光焊接原理 激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105 W/cm2为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105~107 W/cm2时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。 其中热传导型激光焊接原理为：激光辐射加热待加工表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池。 用于齿轮焊接和冶金薄板焊接用的激光焊接机主要涉及激光深熔焊接。下面重点介绍激光深熔焊接的原理。 激光深熔焊接一般采用连续激光光束完成材料的连接，其冶金物理过程与电子束焊接极为相似，即能量转换机制是通过“小孔”（Key-hole）结构来完成的。在足够高的功率密度激光照射下，材料产生蒸发并形成小孔。这个充满蒸气的小孔犹如一个黑体，几乎吸收全部的入射光束能量，孔腔内平衡温度达2500 0C左右，热量从这个高温孔腔外壁传递出来，使包围着这个孔腔四周的金属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽，小孔四壁包围着熔融金属，液态金属四周包围着固体材料（而在大多数常规焊接过程和激光传导焊接中，能量首先沉积于工件表面，然后靠传递输送到内部）。孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。光束不断进入小孔，小孔外的材料在连续流动，随着光束移动，小孔始终处于流动的稳定状态。就是说，小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动，熔融金属充填着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝，焊缝于是形成。上述过程的所有这一切发生得如此快，使焊接速度很容易达到每分钟数米。 2. 激光深熔焊接的主要工艺参数 1激光功率。激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高。只有当工件上的激光功率密度超过阈值（与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定深熔焊的进行。如果激光功率低于此阈值，工件仅发生表面熔化，也即焊接以稳定热传导型进行。而当激光功率密度处于小孔形成的临界条件附近时，深熔焊和传导焊交替进行，
实验一金属材料硬度的测定实验 一、实验目的 1、了解布氏硬度和洛氏硬度的测定方法。 2、掌握布氏、洛氏硬度试验计的基本构造和操作方法。 二、实验内容及步骤 1、布氏硬度的测定 布氏硬度的测定在HB-3000型布氏硬度机上进行。 (1)实验原理 布氏硬度数值通过布氏硬度试验测定。布氏硬度试验是指用一定直径的球体（钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入被测材料或零件表面，经规定保持时间后卸除试验力，通过测量表面压痕直径来计算硬度的一种压痕硬度试验方法。 布氏硬度值是试验力除以压痕球形表面积所得的商。使用淬火钢球压头时用符号HBS，使用硬质合金球压头时用符号HBW，计算公式如下： HBS（HBW）=0.102 式中：F—试验力（N）； D—球体直径（mm）； d—压痕平均直径（mm）。 由上式可以看出，当F、D一定时，布氏硬度值仅与压痕直径d的大小有关。所以在测定布氏硬度时，只要先测得压痕直径d，即可根据d值查有关表格得出HB值，并不需要进行上述计算。 国家标准GB231-1984规定，在进行布氏硬度试验时，首先应选择压头材料，布氏硬度值在450以下（如灰铸铁、有色金属及经退火、正火和调质处理的钢材等）时，应选用钢球作压头；当材料的布氏硬度值在450~650时，则应选用硬质合金球作压头。其次是根据被测材料种类和试样厚度，按照表1—1所示的布氏硬度试验规范正确地选择压头直径D、试验力F和保持时间t。 布氏硬度习惯上只写出硬度值而不必注明单位，其标注方法是，符号HBS或HBW之前为硬度值，符号后面按以下顺序用数值表示试验条件：球体直径、试验力，试验力保持时间（10~15s不标注）例如： 120HBS10/1000/30，表示直径10mm钢球在9.80KN（1000kgf）的试验力作用下，保持30s测得的布氏硬度值为120。 500HBW5/750，表示用直径5mm的硬质合金球在7.35KN（750kgf）试验力作用下，保持10~15s测得的布氏硬度值为500。 布氏硬度值的测量误差小，数据稳定，重复性强，常用于测量退火、正火、调质处理后的零件以及灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等毛坯或半成品 （2）操作前的准备工作 a. 选定压头擦拭干净，装入主轴衬套中； b. 选定载荷，加上相应的砝码； c. 确定持续时间，把圆盘上的时间定位器（红色指示点）转到与持续时间相符的位置上。
文献综述 激光焊接是激光加工材料加工技术应用的重要方面之一。70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属于热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法，它已成功地应用于微小型零件焊接中。 随着高功率CO2和高功率的YAG激光器以及光纤传输技术的完善、金属钼焊接聚束物镜等的研制成功，使其在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学微电子行业等领域的应用越来越广，开辟了激光焊接的新领域。目前的研究主要集中于C02激光和YAG激光焊接各种金属材料时的理论，包括激光诱发的等离子体的分光、吸收、散射特性以及激光焊接智能化控制、复合焊接、激光焊接现象及小孔行为、焊接缺陷发生机理与防止方法等，并对镍基耐热合金、铝合金及镁合金的焊接性，焊接现象建模与数值模拟，钢铁材料、铜、铝合金与异种材料的连接，激光接头性能评价等方面做了一定的研究。 所有的研究大大地扩大了其应用的领域范围，主要应用于：制造业应用、粉末冶金领域、汽车工业、电子工业、生物医学、其他领域如对BT20钛合金、HEl30合金、Li-ion电池等激光焊接。 激光焊接主要是通过高能激光脉冲来实现的。激光电源首先把脉冲氙灯点着。激光电源对氙灯脉冲放电，形成一定频率，一定脉宽的光波，该光波经过聚光腔辐射到Nd3+ YAG激光晶体上，激发Nd3+YAG激光晶体发光，再经过激光谐振腔谐振之后，发出波长为1.06um脉冲激光，该脉冲激光经过扩束、反射、聚焦后打在所要焊接的物体上;在计算机系统控制下，移动数控工作台，从而完成焊接。焊接时需要的脉冲激光频率、脉宽、工作台速度、移动方向等通过计算机来控制。通过对机关电源的频率、脉宽的不同设定可调节控制脉冲激光的能量。 这里的脉冲激光焊机主要由激光电源、PC数控系统、光学系统、冷却系统、CCD监视系统及吹起装置等组成。 激光焊接的特点是被焊接工件变形极小，几乎没有连接间隙，焊接深度/宽度比高，因此焊接质量比传统焊接方法高。但是，如何保证激光焊接的质量，也就是激光焊接过程监测与质量控制是一个激光利用领域的重要内容，包括利用电感、电容、声波、光电等各种传感器，通过电子计算机处理，针对不同焊接对象和要求，实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝质量监测等项目，通过反馈控制调节焊接工艺参数，从而实现自动化激光焊接。在激光焊接中，光束焦点位置是最关键的控制工艺参数之一，在一定激光功率和焊接速度下，只有焦点处于最佳位置范围内才能获得最大熔深和好的焊缝形状。在实际激光焊接中，为了避免和减少影响焦点位置稳定性的因素，需要专门的夹紧和设备技术，这种设备的精确程度与激光焊接的质量高低是相辅相成的。 与其它传统焊接技术相比，激光焊接的主要优点是：
（年整理）焊接检测实验报告 班 级 学 号 姓 名 日 期 成 绩 材料科学与工程学院焊接检测与探伤实验室 实验概述： 【实验目的及要求】 一、超声波探伤 1.学习超声波探伤方法并熟悉超声波探伤仪的使用。 2.掌握超声波探伤用DAC曲线的测定方法。 二、目视检测 掌握焊接检验尺在焊缝目视检测中的测量方法三、磁粉探伤 1.理解磁粉探伤的基本原理 2.学习磁轭探伤的操作方法四、射线探伤底片上缺陷的识别 掌握各种焊接缺陷在底片上显示的特点五、渗透探伤 掌握渗透探伤的基本程序和缺陷显示识别【实验原理】 一、超声波探伤实验 本实验采用A型脉冲发射式探伤仪。其原理是，将探头发射出的超声波经耦合剂传到被检工件内，在试件中传播到缺陷时产生反射。由于压电晶片有可逆效应，因此缺陷发射回来的超声波能被探头接受，变为电脉冲，显示在探伤仪的荧光屏上，称为伤脉冲。超声波探伤仪的电路方框图及其工作原理如图1所示。
二、磁粉探伤 磁力探伤是对铁磁材料露在表面或处于近表面的缺陷进行无损探伤的方法。检验时将工件磁化，磁力线通过工件，对于断面尺寸相同，内部组织均匀的工件，磁力线在工件只的分布是均匀的；而对于内部有缺陷的工件，则磁力线因缺陷处的磁阻比工件材料的磁阻大得多而弯曲，于是在缺陷近表面处形成漏磁场如图2所示。这时撒在试件上的磁粉微粒向磁通密度最大处移动，磁粉被吸引在金属内部有缺陷而产生漏磁的地方，故磁粉聚集处即指示缺陷所在。 三、渗透探伤 渗透检测法是利用渗透液的渗透作用检测非多孔性材料表面开口缺陷的无损检测方法。将被探工件浸涂具有高度渗透能力的渗透剂，由于液体的润湿作用和毛细现象，渗透液便渗入工件表面缺陷中。然后将工件缺陷以外的多余渗透液清洗干净，再涂一层吸附力很强的显像剂，缺陷中的渗透液在毛细作用下重新被吸到工件的表面，从而显示出缺陷的形状和位置的鲜明图案，从而达到了无损检测的目的。 【实验设备、仪器、工具等】 接受放大电路扫描电路同步电路发射电路探头缺陷工图2-1超声波探伤仪的电路方框图及其工作原理图接受放大电路扫描电路同步电路发射电路探头缺陷工件图1超声波探伤仪的电路方框图及其工作原理图图1零件表面的漏漏磁图2零件表面的漏磁场漏磁场 1.CTS－22型超声波探伤仪 2.磁轭探伤仪 3.渗透探伤剂 4.RB-2试块 5.CSK－IB试块 6.不同型号超声波探伤探头若干个 7.HJ20型焊接检验尺 8.焊缝射线探伤底片若干片 9.带热裂纹的焊接试样实验内容： 【实验过程】 （实验步骤、记录、数据、） 一、超声波探伤 1．超声波探伤仪的使用调节超声波探伤仪面板各个旋钮的观察其对超声波探伤的影响。 2．直探头超声波探伤的缺陷定位方法将直探头耦合在CSK-Ⅰ试块上，调节
实验一、金属材料的硬度实验 一、 实验类型 验证性 二、 实验目的 1、了解硬度测定的基本原理及应用范围。 2、了解布氏、洛氏硬度试验机的主要结构及操作方法。 三、实验仪器与设备 1、HB -3000型布氏硬度试验机； 2、H -100型洛低硬度试验机； 3、读数放大鏡； 四、实验内容： 金属的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念。由于在金属表面以下不同深处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同，因而硬度值可以综合地反映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量塑变抗力、塑变强化能力以及大量形变抗力。硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形能力越大，材料产生塑性变形就越困难。另外，硬度与其它机械性能（如强调指标b σ及塑性指标ψ和δ）之间有着一定的内在联系，所以从某种意义上说硬度的大小对于机械零件或工具的使用性能及寿命具有决定性意义。 硬度的试验方法很多，在机械工业中广泛采用压入法来测定硬度，压入法又可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。 压入法硬度试验的主要特点是： （1）试验时应力状态最软（即最大切应力远远大于最大正应力），因而不论是塑性材料还是脆性材料均能发生塑性变形。 （2）金属的硬度与强调指标之间存在如下近似关系。 HB K b ?=σ （3）硬度值对材料的耐磨性、疲劳强度等性能也有定性的参考价值，通常硬度值高，这些性能也就好。在机械零件设计图纸上对机械性能的技术要求，往往只标注硬度值，其原因就在于此。 （4）硬度测定后由于仅在金属表面局部体系内产生很小压痕，并不损坏零件，因而适合于成品检验。 （5）设备简单，操作迅速方便。
实验12 激光熔覆 一、实验目的 1、熟悉激光熔覆的概念、特性和基本方法； 2、了解激光熔覆所涉及的激光器、加工机床、送粉器和喷嘴； 3、用侧向送粉法在45钢表面进行镍基合金的激光熔覆，优化工艺参数获得良 好的熔覆层； 4、测量熔覆层的尺寸，观察显微组织。 二、实验原理 激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。 与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点，因此激光熔覆技术应用前景十分广阔。 熔覆材料：目前应用广泛的激光熔覆材料主要有：镍基、钴基、铁基合金、碳化钨复合材料。其中，又以镍基材料应用最多，与钴基材料相比，其价格便宜。工艺设备原理 熔覆工艺：激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类，即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束辐照扫描熔化，熔覆材料以粉、丝、板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用。同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用线材或板材进行同步送料。 预置式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---预置熔覆材料---
预热---激光熔化---后热处理。 同步式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---送料激光熔化---后热处理。 按工艺流程，与激光熔覆相关的工艺主要是基材表面预处理方法、熔覆材料的供料方法、预热和后热处理。 三、实验设备 YLS-2000（IPG）光纤激光器、45钢板材（40╳60╳15），Ni基合金粉末。 四、实验步骤 1.预先准备好的45钢试样表面用酒精和丙酮清洗干净，用电吹风机吹干备用； 2.在激光加工工作头上安装反射聚焦工作头，接通电源，调节送粉嘴的位置； 在送粉器中加入适量的NiCrSiB合金粉末； 3.将试样平放在工作太平面上； 4.启动数控机床，移动激光工作头至试样上面，调节Z轴高度使喷嘴离试样距 离约为1.5mm； 5.启动激光器； 6.改变激光功率1000-2000W，改变扫描速度2-7mm/s，改变送粉速度6-13g/s， 进行送粉激光熔覆实验，得到不同结果的激光熔覆层；观察实验过程中的实验现象； 7.关闭激光器，关闭水冷机组，关闭数控机床；清理送粉器中的残留粉末；关 闭送粉器电源； 8.待试样冷却后用游标卡尺测量各种熔覆层的高度和宽度，观察记录熔覆层的 外观形貌； 9.观察描画相近工艺参数处理的试样快熔覆层的显微组织。 五、实验数据处理及分析 1.功率对熔覆层外观形貌的影响
1．激光焊接原理 激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105 W/cm2为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105~107 W/cm2时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。 其中热传导型激光焊接原理为：激光辐射加热待加工表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池。 用于齿轮焊接和冶金薄板焊接用的激光焊接机主要涉及激光深熔焊接。下面重点介绍激光深熔焊接的原理。 激光深熔焊接一般采用连续激光光束完成材料的连接，其冶金物理过程与电子束焊接极为相似，即能量转换机制是通过“小孔”（Key-hole）结构来完成的。在足够高的功率密度激光照射下，材料产生蒸发并形成小孔。这个充满蒸气的小孔犹如一个黑体，几乎吸收全部的入射光束能量，孔腔内平衡温度达2500 0C左右，热量从这个高温孔腔外壁传递出来，使包围着这个孔腔四周的金属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽，小孔四壁包围着熔融金属，液态金属四周包围着固体材料（而在大多数常规焊接过程和激光传导焊接中，能量首先沉积于工件表面，然后靠传递输送到内部）。孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。光束不断进入小孔，小孔外的材料在连续流动，随着光束移动，小孔始终处于流动的稳定状态。就是说，小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动，熔融金属充填着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝，焊缝于是形成。上述过程的所有这一切发生得如此快，使焊接速度很容易达到每分钟数米。 2. 激光深熔焊接的主要工艺参数 1)激光功率。激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高。只有当工件上的激光功率密度超过阈值（与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定深熔焊的进行。如果激光功率低于此阈值，工件仅发生表面熔化，也即焊接以稳定热传导型进行。而当激光功率密度处于小孔形成的临界条件附近时，深熔焊和传导焊交替进行，成为不稳定焊接过程，导致熔深波动很大。激光深熔焊时，激光功率同时控制熔透深度和焊接速度。焊接的熔深直接与光束功率密度有关，且是入射光束功率和光束焦斑的函数。一般来说，对一定直径的激光束，熔深随着光束功率提高而增加。 2)光束焦斑。光束斑点大小是激光焊接的最重要变量之一，因为它决定功率密度。但对高功率激光来说，对它的测量是一个难题，尽管已经有很多间接测量技术。 光束焦点衍射极限光斑尺寸可以根据光衍射理论计算，但由于聚焦透镜像差的存在，实际光斑要比计算值偏大。最简单的实测方法是等温度轮廓法，即用厚纸烧焦和穿透聚丙烯板后测量焦斑和穿孔直径。这种方法要通过测量实践，掌握好激光功率大小和光束作用的时间。 3)材料吸收值。材料对激光的吸收取决于材料的一些重要性能，如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温度等，其中最重要的是吸收率。
激光脉冲测距实验 1.实验目的 通过学习激光脉冲测距的工作原理；了解激光脉冲测距系统的组成；搭建室内模拟激光脉冲测距系统进行正确测距，为今后的工程设计奠定理论基础和工程实践基础。 2.实验原理 激光脉冲测距与雷达测距在原理上是完全相同的，如图2.1所示。 在测距点激光发射机发射激光脉冲，光脉冲经过光纤到达接收端，并被测距机上的探测系统接收。测出从激光发射时刻到被接收时刻之间的时间间隔t，根据已知光速，即可求出光纤的长度R为 R=/2 (2-1) 式中c为光速。真空中的光速是一个精确的物理常数 C1=299792458 m/s 光纤中的平均折射率n为 n=1.000275266 故光纤中的光速为 C=299710000 可见，激光测距的任务就是准确地测定时间间隔t。当不考虑光纤中光速的微小变化时，测距精度⊿R主要是由测时精度⊿t确定的 ⊿R=C⊿t/2 (2-2) 实际脉冲激光测距机中是利用时钟晶体振荡器和脉冲计数器来测定时间间隔 t的。时钟晶体振荡器用于产生固定的频率的电脉冲振荡，脉冲计数器的作用是对晶体产生的电脉冲个数进行计数。设晶体振荡器产生的电脉冲频率为f，则脉冲间隔T=1/f。若从激光脉冲发出时刻脉冲计数器开始计数，到光脉冲被接收时刻停止计数。设这段时间内脉冲计数器共计得脉冲个数为m，则可计算出被测光纤的长度为 R=1/2cmT=cm/f=1.6m (2-3) 相应的测距精度为 ⊿R =1/2Ct=c/(2f) (2-4) 可见，脉冲激光测距机的测距精度由晶振的频率决定。常用军用激光测距仪的晶振频率有15MHz、30MHz、75MHz和150MHz等，与其相对应的测距精度分别为正负10m、正负5m 、正负2m和正负1m。晶振的频率愈高，测距精度就愈高， 但随之而来的，不仅是计数器的技术难度增加，而且要求激光脉冲的宽度愈窄，激光器的难度也增加。 对脉冲测距系统，计数器的“开门”信号是由取出一小部分发射激光脉冲经光探测器转换成
电子焊接实验报告 实验名称：电工电子焊接试验学院：电子与控制工程学院 专业：电气工程及其自动化 班级： 学号： 姓名： 指导老师：郭老师张老师 实验成绩: 2011年6月
目录 收音机部分 (3) 一、学习内容及目的 (3) 二、实习目的 (3) 三、实习器材介绍 (4) 四、实验原理 (4) 五、实习步骤 (8) 六、电路调试 (8) 七、注意事项 (8) 八、体会心得 (9) 直流稳压电源部分 (9) 一、实验目的 (9) 二、电路原理 (9) 三、焊接与安装 (10) 四、测试与调整 (11) 五、安装提示示 (11) 六、注意事项 (12) 七、心得体会 (12)
收音机焊接部分 一学习内容及目的： (1) 学习识别简单的电子元件与电子线路； (2) 学习并掌握收音机的工作原理； 实验原理图 (3) 按照图纸焊接元件，组装一台收音机，并掌握其调试方法。 二、实习目的： 1.熟悉手工焊锡的常用工具的使用及其维护与修理。 2.基本掌握手工电烙铁的焊接技术，能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接。熟悉电子产品的安装工艺的生产流程。
3.熟悉印制电路板设计的步骤和方法，熟悉手工制作印制电板的工艺流程，能够根据电路原理图，元器件实物设计并制作印制电路板。熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能查阅有关的电子器件图书。 4.能够正确识别和选用常用的电子器件，并且能够熟练使用万能表。 5.了解电子产品的焊接、调试与维修方法。 三、实习器材介绍： (1) 电烙铁：由于焊接的元件多，所以使用的是外热式电烙铁，功率为30 w，烙铁头是铜制。 (2) 螺丝刀、镊子等必备工具。 (3)松香和锡，由于锡它的熔点低，焊接时，焊锡能迅速散步在金属表面焊接牢固，焊点光亮美观。 (4) 两节5号电池。 四、实验原理： ZX-921型收音机是由8个三极管和2个二极管组成的，其中BG1为变频三极管，BG2、BG3为中频放大三极管，BG4为检波三极管，BG5、BG6组成阻容耦合式前置低频放大器，BG7、BG8组成变压器耦合推挽低频功率放大器。该机的主要技术指标为： 频率范围：中波530～1605kHz 中频：465kHz 灵敏度：小于lmV／m 选择性：大于16dB
实验一材料成形技术 材料成形制造工艺多利用模型使原材料形成零件或毛坯。材料成形加工过程中，原材料的形状、尺寸、组织状态，甚至结合状态都会改变。由于成形精度一般不高，材料成形制造工艺常用来制造毛坯。也可以用来制造形状复杂但精度要求不太高的零件。材料成形工艺的生产效率较高。常用的成形工艺有铸造、锻压、粉末冶金等。 1、不同类型成型技术 a.铸造成型： 卡特挖机CA T： 1、铸造成型：其原理是铸造是将所需的金属熔化成液体，浇注到铸型中，待其冷却凝固后获得铸件（毛坯）的。因此，铸造也可以称为液态成形。铸造是毛坯或机器零件成形的重要方法之一。 2、铸造成形优缺点： 优点：(1)适应性广泛，铸件材质、大小、形状几乎不受限制；不宜塑性加工或焊接成形的材料，铸造成形尤具优势。(2)可形成形状复杂的零件；(3)生产成本较低。铸造用原材料来源广泛，价格低廉。铸件与最终零件的形状相似，尺寸相近，加工余量小。由于铸造具有如此突出的优点，所以才会经久不衰，且不断发展，直到现在仍然在制造业中得到广泛应用。 缺点：涉及生产工序较多，过程难以精确控制，废品率较高；铸件组织疏松，晶粒粗大，铸件某些力学性能较低；铸件表面粗糙，尺寸精度不高。工作环境较差，工人劳动强度大。 3、主要工艺特点： 铸造是生产零件毛坯的主要方法之一，尤其对于有些脆性金属或合金材料（各种铸铁件、有色合金铸件等）的零件毛坯，铸造几乎是唯一的加工方法。与其它加工方法相比，铸造工艺具有以下特点： (1)铸件可以不受金属材料、尺寸大小和重量的限制。铸件材料可以是各种铸铁、铸钢、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、锌合金和各种特殊合金材料；铸件可以小至几克，大到数百吨；铸件壁厚可以从0.5毫米到1米左右；铸件长度可以从几毫米到十几米。 (2)铸造可以生产各种形状复杂的毛坯，特别适用于生产具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、缸体、叶片、叶轮等。 (3)铸件的形状和大小可以与零件很接近，既节约金属材料，又省切削加工工时。 (4)铸件一般使用的原材料来源广、铸件成本低。 (5)铸造工艺灵活，生产率高，既可以手工生产，也可以机械化生产。 视频中，亚米特驻扎和机具公司锁铸造的是797b卡车的关键部位——车架。首先先把金属废料填进电弧炉，之后把三个电极伸入炉中，电极中通有强大的电流，碰到金属后便产生2200℃的高温的电弧，金属加热后起泡溶解，半小时后即可浇注。然后把将近2000℃的金属液体倒入空浇桶，之后再引导空浇桶到零