激光切管加工廠應(yīng)用領(lǐng)域

激光切管加工就是利用光的能量經(jīng)過透鏡聚焦后在焦點(diǎn)上達(dá)到很高的能量密度產(chǎn)生的光熱效應(yīng)來加工各種材料。激光加工已經(jīng)用于打孔、切割、電子器件的微調(diào)、焊接、熱處理、以及激光存貯等各個(gè)領(lǐng)域

1激光的概念的產(chǎn)生

我們知道,原子由一個(gè)帶正電荷的原子核和若干個(gè)帶負(fù)電荷的電子組成,且正、負(fù)電荷數(shù)量相等,各個(gè)電子圍繞原子核作軌跡運(yùn)動(dòng)。電子的每一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)應(yīng)著原子個(gè)內(nèi)部能量值,稱為原子的能級(jí)。原子的更低能級(jí)稱為基態(tài),能量比基態(tài)高的能級(jí)均稱為激發(fā)態(tài)。光和物質(zhì)的相互作用可歸納為光和原子的相互作用,這些作用會(huì)引起原子「處能級(jí)狀態(tài)的變化。在正常情況下,物質(zhì)體系中處于低能級(jí)的原子數(shù)總比處于高能級(jí)的原子數(shù)多,這樣,吸收過程總是勝過受激過程。要使受激發(fā)射過程勝過吸收過程,實(shí)現(xiàn)光放大,就必須以外界激勵(lì)來破壞原來粒子數(shù)分布,使處于低能級(jí)的粒子吸收外界能量躍遷到高能級(jí),實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)的反轉(zhuǎn),即使高能級(jí)上的原子數(shù)多于低能級(jí)上的原子數(shù),這個(gè)過程稱為激勵(lì)。激勵(lì)之后的高能級(jí)原子躍遷到低能級(jí)而發(fā)射光子即產(chǎn)生激光提示:人們可以利用透鏡將太陽光聚焦,引燃易燃物取火種或加熱燒水等,但卻無法用來加工材料。原因一是地面上太陽光的能量密度不高:二是太陽光不是單色光,紅橙黃綠青藍(lán)紫等多種不同波長的多色光,聚焦后焦點(diǎn)并不在同一平面內(nèi)。

激光加工

2.激光加工的原理

激光是一種強(qiáng)度高、方向性好、單色性好的相干光。由于激光的發(fā)散角小和單色性好理論上可以聚焦到尺寸與光的波長相近的(微米甚至亞微米)小斑點(diǎn)上,加上它本身強(qiáng)度高,故可以使其焦點(diǎn)處的功率密度達(dá)到10~10W/cm2,溫度可達(dá)10000℃以上。在這樣的高溫下,任何材料都將瞬時(shí)急劇熔化和汽化,并爆炸性地高速噴射出來,同時(shí)產(chǎn)生方向性很強(qiáng)的沖擊。因此,激光加工是工件在光熱效應(yīng)下產(chǎn)生高溫熔融和受沖擊波拋出的綜合過程。

(1)激光器激光器是激光加工的重要設(shè)備,它的任務(wù)是把電能轉(zhuǎn)變成光能,產(chǎn)生所需要的激光束。按工作物質(zhì)的種類可分為固體激光器、氣體激光器、液體激光器和半導(dǎo)體激光器四大類。由于He-Ne(氦一氖)氣體激光器所產(chǎn)生的激光不僅容易控制,而且方向性、單色性及相干性都比較好,因而在機(jī)械制造的精密測(cè)量中被廣泛采用。而在激光加工中則要求輸出功率與能量大,目前多采用二氧化碳?xì)怏w激光器及紅寶石、釹玻璃、YAG(摻釹釔鋁石榴石)等固體激光器。激光加工常用固體激光器。激光啟的種類,見)導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)根據(jù)被加工工件的性能要求,光束經(jīng)放大、整形、聚焦后作用于加工部位,這種從激光器輸出窗口到被加工工件之間的裝置稱為導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)

(3)激光加工系統(tǒng)激光加工系統(tǒng)主要包括床身、能夠在三維坐標(biāo)范圍內(nèi)移動(dòng)的工作臺(tái)及機(jī)電控制系統(tǒng)等。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,許多激光加工系統(tǒng)已采用計(jì)算機(jī)來控制工作臺(tái)的

7.24激光加工的應(yīng)用

在激光加工中利用激光能量高度集中的特點(diǎn),可以打孔、切割、雕刻及表面處理。利用激光的單色性還可以進(jìn)行精密測(cè)量

(1)激光打孔激光打孔是激光加工中應(yīng)用最早和應(yīng)用最廣泛的一種加工方法鏡將激光在工件上聚焦,焦點(diǎn)處的高溫使材料瞬時(shí)熔化、汽化、蒸發(fā)。汽化物質(zhì)以射出來,它的反沖擊力在工件內(nèi)部形成一個(gè)向后的沖擊波,在此作用下將孔打出。激光打孔速度極快,效率極高。如用激光給手表的紅寶石軸承打孔,每秒鐘可加工14~16個(gè),合格率達(dá)9%。目前常用于微細(xì)孔和超硬材料打孔,如柴油機(jī)噴嘴金剛石拉絲化纖噴絲頭、卷煙機(jī)上用的集流管等。激光切割與激光打孔原理基本相同,也是將激光能量聚集到很微小的范圍內(nèi)把工件燒穿,但切割時(shí)需移動(dòng)工件或激光束(一般移動(dòng)工件),在實(shí)際加工中,采用工作臺(tái)數(shù)控技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)激光數(shù)控切割。激光切割大多采用大功率的CO2激光器,對(duì)于精細(xì)切割,也可采用YAG激光器。激光切割過程中,影響激光切割參數(shù)的主要因素有激光功率、吹氣壓力材料厚度等。激光可以切割金屬,也可以切割非金屬。在激光切割過程中,由于激光對(duì)被切割材料不產(chǎn)生機(jī)械沖擊和壓力,再加上激光切割切縫小,便于自動(dòng)控制,故在實(shí)際中常用來加工玻璃啕瓷、各種精密細(xì)小的零部件。利用CO2激光器切割鈦合金,

(3)激光焊接激光焊接與激光打孔原理稍有不同,焊接時(shí)不需要那么高的能量密度使工件材料汽化蝕除,而只要將工件的加工區(qū)燒熔,使其粘合在一起。因此所需能量密度較低可用小功率激光器。與其他焊接相比,激光焊接具有焊接時(shí)間短、效率高、無噴渣、被焊材料不易氧化、熱影響區(qū)小等特點(diǎn),不僅能焊接同種材料,而且可以焊接不同種類的材料,甚至可以焊接金屬與非金屬材隨著千瓦級(jí)大功率CO2激光器的出現(xiàn),激光焊接的厚度已從零點(diǎn)幾毫米提高到50m,已應(yīng)用于汽車、鋼鐵、航空、原子能、電氣電子等重要工業(yè)部門。目前在世界各國激光加工的應(yīng)用領(lǐng)域中,激光焊接的應(yīng)用僅次于激光切割,在激光加工設(shè)備中約占20.9%。例如:車身覆蓋件剪裁激光拼焊。用激光將不同厚度,不同材質(zhì),不同性能的小塊拼焊起來,再?zèng)_壓

成形。材料利用率由40%~60%提高到70%~80%,而且減輕了重量,焊后表面平整,無翹曲和變形,確保車身覆蓋件的質(zhì)量。

(4)激光的表面熱處理利用激光對(duì)金屬工件表面進(jìn)行掃描,從而引起工件表面金相組織發(fā)生變化進(jìn)而對(duì)工件表面進(jìn)行表面淬火、粉末粘合等。用激光進(jìn)行表面淬火,工件表層的加熱速度極快,內(nèi)部受熱極少,工件不產(chǎn)生熱變形,特別適合于對(duì)齒輪、氣缸筒等形狀復(fù)雜。