1、制作人：丁進制作人：丁進 152020012 152020012概述概述激光焊接激光焊接 激光打孔激光打孔激光切割激光切割激光加工技術激光加工技術3激光加工的一般原理激光加工的一般原理1. 1.激光加工大都基于光對非透明介質的熱作用，也即激光加工大都基于光對非透明介質的熱作用，也即吸收光能引起的熱效應。因此激光光束特性、材料對光吸收光能引起的熱效應。因此激光光束特性、材料對光的吸收作用以及導熱性等有重大影響；的吸收作用以及導熱性等有重大影響；1 1）光束特性）光束特性2 2）材料的反射、吸收和導熱性）材料的反射、吸收和導熱性光波照射在不透明的物體表面時，光波照射在不透明的物體表面時， 一部分被

2、反射，一部分被反射，一部分被吸收；不同材料的反射率和波長有密切的關一部分被吸收；不同材料的反射率和波長有密切的關系；系；2222)1 ()1 (kkR4KPT0激光正入射，在光點中央的溫度上升值激光正入射，在光點中央的溫度上升值 T T與被吸與被吸收的光功率、導熱系數之間的關系收的光功率、導熱系數之間的關系設入射到材料表面的光強為設入射到材料表面的光強為I I0 0，材料吸收系數為，材料吸收系數為 ，則進入到材料內部距表面距離為，則進入到材料內部距表面距離為x x處的光強為處的光強為xeII05一、激光焊接是一種材料連接，主要是金屬材料之間一、激光焊接是一種材料連接，主要是金屬材料之間 連接的

3、技術。連接的技術。 其優點：其優點：激光焊接激光焊接1 1）用激光很容易對一些普通焊接技術難以加工的如）用激光很容易對一些普通焊接技術難以加工的如脆性大、硬度高或柔軟性強的材料實施焊接。脆性大、硬度高或柔軟性強的材料實施焊接。 2 2）在激光焊接過程中無機械接觸）在激光焊接過程中無機械接觸, ,易保證焊接部位不易保證焊接部位不因熱壓縮而發生變形。因熱壓縮而發生變形。 3 3）激光束易于控制的特點使得焊接工作能夠更方便）激光束易于控制的特點使得焊接工作能夠更方便的實現自動化和智能化。的實現自動化和智能化。 6二、圖所示為一種顯象管陰極芯的激光焊接設備原理。二、圖所示為一種顯象管陰極芯的激光焊接設

4、備原理。 圖圖7-197-19陰極芯的激光焊接設備原理圖陰極芯的激光焊接設備原理圖 1: 1:光束分束器；光束分束器；2: 2:聚焦透鏡；聚焦透鏡；3 3：陰極芯：陰極芯7三、激光熱導焊三、激光熱導焊 1 1）激光熱導焊的原理）激光熱導焊的原理熱導焊時，激光輻射能量作用于材料表面，激光輻射能在熱導焊時，激光輻射能量作用于材料表面，激光輻射能在表面轉化為熱量。表面熱量通過熱傳導向內部擴散，使材表面轉化為熱量。表面熱量通過熱傳導向內部擴散，使材料熔化，在兩材料連接區的部分形成溶池。溶池隨著激光料熔化，在兩材料連接區的部分形成溶池。溶池隨著激光束一道向前運動，溶池中的熔融金屬并不會向前運動。束一道向

5、前運動，溶池中的熔融金屬并不會向前運動。 2 2）激光熱導焊的工藝以及部分參數）激光熱導焊的工藝以及部分參數 激光熱導焊的連接形式：片狀工件的焊接形式有對焊、激光熱導焊的連接形式：片狀工件的焊接形式有對焊、端焊、中心穿透熔化焊端焊、中心穿透熔化焊8圖激光熱導焊焊接不銹鋼時功率與焊接速度、圖激光熱導焊焊接不銹鋼時功率與焊接速度、熔化深度的關系熔化深度的關系 激光功率密度：激光功率密度低則熔深淺、焊接速度激光功率密度：激光功率密度低則熔深淺、焊接速度慢。見圖慢。見圖92 2）激光熱導焊的工藝以及部分參數）激光熱導焊的工藝以及部分參數 離焦量對焊接質量的影響：因為焦點處激光光斑離焦量對焊接質量的影響

6、：因為焦點處激光光斑中心的光功率密度過高，激光熱導焊通常需要一定中心的光功率密度過高，激光熱導焊通常需要一定的離焦量，使得光功率分布相對均勻。的離焦量，使得光功率分布相對均勻。 正離焦：焦平面位于工件上方；負離焦：焦平面正離焦：焦平面位于工件上方；負離焦：焦平面位于工件下方位于工件下方 脈沖激光熱導焊的脈沖波形：脈沖波形對于焊脈沖激光熱導焊的脈沖波形：脈沖波形對于焊接質量也有很大的影響接質量也有很大的影響10脈沖激光熱導焊的脈沖寬度：脈沖寬度影響到焊接脈沖激光熱導焊的脈沖寬度：脈沖寬度影響到焊接熔深，熱影響區的寬度等焊接的質量要求。脈寬時間熔深，熱影響區的寬度等焊接的質量要求。脈寬時間長，焊接

7、熔深熱影響區都大，反之則小。因此，要根長，焊接熔深熱影響區都大，反之則小。因此，要根據激光功率的大小，要求的焊接熔深和熱影響區的寬據激光功率的大小，要求的焊接熔深和熱影響區的寬度大小來適當選擇脈沖寬度。度大小來適當選擇脈沖寬度。 11四、激光深熔焊四、激光深熔焊 1 1）激光深熔焊的原理）激光深熔焊的原理當激光功率密度達到當激光功率密度達到10106 610107 7WWcmcm2 2時，功率輸入遠大時，功率輸入遠大于熱傳導、對流及輻射散熱的速率，材料表面發生汽化于熱傳導、對流及輻射散熱的速率，材料表面發生汽化而形成小孔孔內金屬蒸汽壓力與四周液體的靜力和表面而形成小孔孔內金屬蒸汽壓力與四周液體

8、的靜力和表面張力形成動態平衡，激光可以通過孔中直射到孔底。張力形成動態平衡，激光可以通過孔中直射到孔底。深熔焊小孔示意圖深熔焊小孔示意圖122 2）激光深熔焊工藝參數）激光深熔焊工藝參數 臨界功率密度：深熔焊時，功率密度必須大于臨界功率密度：深熔焊時，功率密度必須大于某一數值，才能引起小孔效應。這一數值，稱為臨某一數值，才能引起小孔效應。這一數值，稱為臨界功率密度界功率密度 。 激光深熔焊的熔深激光深熔焊的熔深 ：激光深熔焊熔深與激光輸：激光深熔焊熔深與激光輸出功率密度密切相關，也是功率和光斑直徑的函數。出功率密度密切相關，也是功率和光斑直徑的函數。 13一、激光打孔原理一、激光打孔原理 激光

9、打孔機的基本結構包括激光器、加工頭、冷卻系激光打孔機的基本結構包括激光器、加工頭、冷卻系統、數控裝置和操作面盤。統、數控裝置和操作面盤。 激光打孔機的基本結構示意圖激光打孔機的基本結構示意圖激光打孔激光打孔14二、激光打孔工藝參數的影響二、激光打孔工藝參數的影響 脈沖寬度對打孔的影響脈沖寬度對打孔的影響 脈沖寬度對打孔深度、孔徑、孔形的影響較大。窄脈脈沖寬度對打孔深度、孔徑、孔形的影響較大。窄脈沖能夠得到較深而且較大的孔；寬脈沖不僅使孔深度、沖能夠得到較深而且較大的孔；寬脈沖不僅使孔深度、孔徑變小，而且使孔的表面粗糙度變大，尺寸精度下孔徑變小，而且使孔的表面粗糙度變大，尺寸精度下降。降。 激光

10、打孔中離焦量對打孔的影響激光打孔中離焦量對打孔的影響15當激光聚焦于材料上表面時，打出的孔比較深，錐度較當激光聚焦于材料上表面時，打出的孔比較深，錐度較小。在焦點處于表面下某一位置時相同條件下打出的孔小。在焦點處于表面下某一位置時相同條件下打出的孔最深；而過分的入焦和離焦都會使得激光功率密度大大最深；而過分的入焦和離焦都會使得激光功率密度大大降低，以至打成盲孔。降低，以至打成盲孔。 離焦量對打孔質量的影響離焦量對打孔質量的影響16 被加工材料對打孔的影響被加工材料對打孔的影響 脈沖激光的重復頻率對打孔的影響脈沖激光的重復頻率對打孔的影響用調用調Q Q方法取得巨脈沖時，脈沖的平均功率基本不變，方

11、法取得巨脈沖時，脈沖的平均功率基本不變，脈寬也不變，重復頻率越高，脈沖的峰值功率越小，脈寬也不變，重復頻率越高，脈沖的峰值功率越小，單脈沖的能量也越小。這樣打出的孔深度要減小。單脈沖的能量也越小。這樣打出的孔深度要減小。 材料對激光的吸收率直接影響到打孔的效率。由于不材料對激光的吸收率直接影響到打孔的效率。由于不同材料對不同激光波長有不同的吸收率，必須根據所同材料對不同激光波長有不同的吸收率，必須根據所加工的材料性質選擇激光器。加工的材料性質選擇激光器。 17一、激光切割的原理一、激光切割的原理切割過程中激光光束聚焦成很小的光點（最小直徑切割過程中激光光束聚焦成很小的光點（最小直徑可小于可小于

12、0.1mm0.1mm）使焦點處達到很高功率密度（可超過）使焦點處達到很高功率密度（可超過10106 6W/cmW/cm2 2）。如圖）。如圖7-177-17所示為激光切割頭的結構，除了所示為激光切割頭的結構，除了透鏡以外它還有一個噴出輔助氣體流的同軸噴嘴。透鏡以外它還有一個噴出輔助氣體流的同軸噴嘴。 激光切割頭的結構示意圖激光切割頭的結構示意圖激光切割激光切割18二、激光切割分類及其機理二、激光切割分類及其機理 汽化切割汽化切割: :工件在激光作用下快速加熱至沸點，工件在激光作用下快速加熱至沸點，部分材料化作蒸汽逸去，部分材料為噴出物從切部分材料化作蒸汽逸去，部分材料為噴出物從切割縫底部吹走。

13、這種切割機制所需激光功率密度割縫底部吹走。這種切割機制所需激光功率密度一般為一般為10108 8/cm/cm2 2左右，是無熔化材料的切割方式左右，是無熔化材料的切割方式 熔化切割熔化切割: : 激光將工件加熱至熔化狀態，與光激光將工件加熱至熔化狀態，與光束同軸的氬、氦、氮等輔助氣流將熔化材料從切束同軸的氬、氦、氮等輔助氣流將熔化材料從切縫中吹掉。熔化切割所需的激光功率密度一般為縫中吹掉。熔化切割所需的激光功率密度一般為10107 7/cm/cm2 2左右左右 19 激光功率激光功率: : 激光切割時所需功率的大小，是由材激光切割時所需功率的大小，是由材料性質和切割機理決定的。料性質和切割機理決定的。 三、激光切割的工藝參數及其規律三、激光切割的工藝參數及其規律 切割速度切割速度: : 在一定功率條件下，板厚越大，切割速在一定功率條件下，板厚越大，切割速度越小。切