激光加工技术ppt课件

固体激光器一般采用光激励，能量转化环节多，光的激 励能量大部分转换为热能，所以效率低。为了避免固体 介质过热，固体激光器通常多采用脉冲工作方式并用合 适的冷却装置，较少采用连续工作方式。由于其具有结 构紧凑、牢固耐用、使用维护方便、价格较低等特点， 所以在激光打孔、焊接、切割、划片、热处理及半导体 加工技术中得到广泛应用。
激光加工技术
主要内容
激光的产生及特性
激光加工的原理和特点
激光加工的基本设备 激光加工工艺及应用 发展趋势及展望
激光加工技术
自然界存在着自发辐射和受激辐射两种不同的发光 方式，前者发出的光是随处可见的普通光，后者发出的 光便是激光。 激光如果通过透镜将其聚焦成直径为几十微米到几微 米的极小光斑，使能获得极高的能量密(108——1010W ／cm2)。当激光照射在工件表面时，光能被工件吸收并 迅速转化为热能，光斑区的温度可达10000℃以上，使 材料熔化甚至气化，这就是激光加工 。
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激光通过光学系统聚焦后可得到柱状或 带状光束，而且光束的粗细可根据加工需要调 整，当激光照射在工件的加工部位时，工件材 料迅速被熔化甚至气化。随着激光能量的不断 被吸收，材料凹坑内的金属蒸气迅速膨胀，压 力突然增大，熔融物爆炸式地高速喷射出来， 在工件内部形成方向性很强的冲击波。因此， 激光加工是工件在光热效应下产生高温熔融和 受冲击波抛出的综合作用过程。
1960年美国研制成功世界上第一台可用激光加 工的激光器，截止今天激光加工已形成一种重要的 新兴产业。
1.激光的产生及特性
• 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的能量或向外释放一定的能 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，当被激发到高能级，但这时的原 子不稳定总是试图回到低能级，当原子从高能级 跃迁到低能级时，常常以光子的形式辐射出光能 量，这就是发光的原理。
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1 — 激光器；2 — 激光束； 3 — 全反射棱镜；4 — 聚焦物 5 — 工件；6 — 工作台
图1 激光加工示意图
•2.2、 激光加工的特点 •(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）加工效率高，可实现高速切割和打孔。 （ 3 ）加工作用时间短，除加工部位外，几乎不受热 影响和不产生热变形。 （ 4 ）非接触加工，工件不受机械切削力，无弹性变 形。 （ 5 ）激光束容易实现空间控制时间控制，可进行微 细的精密图形加工。
3、激光加工基本设备
激光加工的基本设备由激光器、激光器光源，光 学系统和机械系统组成。 •激光器：激光加工中的重要设备，将电能转换成光 能，产生激光束。 •激光器电源：为激光器提供能量和控制功能 •光学系统：将光束聚焦并观察和调整焦点位置，包 括聚焦系统和观察瞄准系统。 •机械系统：包括床身、工作台和机电控制系统。
固体激光器常由 主体光泵（激励 源）及谐振腔 （由全反射镜、 半反射镜组成）、 工作物质（一些 发光材料如钇铝 石榴石、红宝石、 钕玻璃等）、聚 光器、聚焦透镜 等组成。图中激 光器的工作物质 为钇铝石榴石。
3.1、 激光器
激光器是激光加工的重要设备，它的任务是 把电能转变成光能，产生所需要的激光束。按工 作物质的种类可分为固体激光器、气体激光器、 液体激光器和半导体激光器四大类。由于He-Ne( 氦—氖)气体激光器所产生的激光不仅容易控制， 而且方向性、单色性及相干性都比较好，因而在 机械制造的精密测量中被广泛采用。而在激光加 工中则要求输出功率与能量大，目前多采用二氧 化碳气体激光器及红宝石、钕玻璃、YAG(掺钕 钇铝石榴石)等固体激光器。
• （6）不存在工具磨损问题。
• （ 7 ）在大气中无能量损失，设备简单，不需 要真空室。
• （ 8 ）可通过空气、惰性气体或者光学透明解 质，可对隔离室或真空室内工件进行加工 • （9）加工时不产生振动和机械噪声。
• (10)属于热加工，影响因素多。
• (11) 产生金属气体，火星等飞溅物，操作人员 戴防护眼镜。
又会撞击其它原子,激发更多的原子产生光子,引发一 连串的连锁反应，并且都朝同一个方前进,进而形成 集中的朝向某一方向的强烈光束。由此可见,激光几 乎是一种单色光波,频率范围极窄,又可在一个狭小的 方向内集中高能量,所以利用聚焦后的激光束可以穿 透各种材料。
•1.2 激光的特性
激光是一种经受激辐射产生的加强光，它具有 强度高、单色性好、相干性好和方向性好四大综合 性能。 激光的强度和亮度之所以高，原因在于激光可 以实现光能在空间上和时间上的亮度集中。 单色是指波长为一个确定的数值，实际上 严 格的单色光是不存在的，l0为单色光的中心波长， Dl单色光的谱线宽， Dl越小，单色性越好。
• 激光是通过入射光子影响处于亚稳态的较高能级 的原子、离子或分子跃迁到低能级时完成受激辐 射时发出的光，简言之，激光就是受激辐射得到 的加强光。 • 激光被广泛应用流的能量来撞击某些晶体或原子易受激发的物 质,使其原子的电子达到受激发的高能量状态。当 这些电子要回复到平静的低能量状态时,原子就会 射出光子（以光速运动具有一定能量的粒子）,以 放出多余的能量。这些被放出的光子
单色性越好，相干长度越大，光源的相干性越好 。
激光的各个发光中心是相互关联的定向发射，可 以把光束压缩在很小的立体角内。
2. 激光加工的原理和特点
2.1 激光加工的原理 •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（10~10 W/ cm ）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。