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激光切管加工厂应用领域

作者: 日期:2020-02-26 16:44:43 人气:30643

7.2激光切管加工

激光切管加工就是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度产生的光热效应来加工各种材料。激光加工已经用于打孔、切割、电子器件的微调、焊接、热处理、以及激光存贮等各个领域

7.2.1激光的概念的产生

我们知道,原子由一个带正电荷的原子核和若干个带负电荷的电子组成,且正、负电荷数量相等,各个电子围绕原子核作轨迹运动。电子的每一种运动状态对应着原子个内部能量值,称为原子的能级。原子的更低能级称为基态,能量比基态高的能级均称为激发态。光和物质的相互作用可归纳为光和原子的相互作用,这些作用会引起原子「处能级状态的变化。在正常情况下,物质体系中处于低能级的原子数总比处于高能级的原子数多,这样,吸收过程总是胜过受激过程。要使受激发射过程胜过吸收过程,实现光放大,就必须以外界激励来破坏原来粒子数分布,使处于低能级的粒子吸收外界能量跃迁到高能级,实现粒子数的反转,即使高能级上的原子数多于低能级上的原子数,这个过程称为激励。激励之后的高能级原子跃迁到低能级而发射光子即产生激光提示:人们可以利用透镜将太阳光聚焦,引燃易燃物取火种或加热烧水等,但却无法用来加工材料。原因一是地面上太阳光的能量密度不高:二是太阳光不是单色光,红橙黄绿青蓝紫等多种不同波长的多色光,聚焦后焦点并不在同一平面内。

7.22激光加工

1.激光加工的原理

激光是一种强度高、方向性好、单色性好的相干光。由于激光的发散角小和单色性好理论上可以聚焦到尺寸与光的波长相近的(微米甚至亚微米)小斑点上,加上它本身强度高,故可以使其焦点处的功率密度达到10~10W/cm2,温度可达10000℃以上。在这样的高温下,任何材料都将瞬时急剧熔化和汽化,并爆炸性地高速喷射出来,同时产生方向性很强的冲击。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过程。

(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(氦一氖)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。激光加工常用固体激光器。激光启的种类,见)导光聚焦系统根据被加工工件的性能要求,光束经放大、整形、聚焦后作用于加工部位,这种从激光器输出窗口到被加工工件之间的装置称为导光聚焦系统

(3)激光加工系统激光加工系统主要包括床身、能够在三维坐标范围内移动的工作台及机电控制系统等。随着电子技术的发展,许多激光加工系统已采用计算机来控制工作台的

7.24激光加工的应用

在激光加工中利用激光能量高度集中的特点,可以打孔、切割、雕刻及表面处理。利用

激光的单色性还可以进行精密测量

(1)激光打孔激光打孔是激光加工中应用最早和应用最广泛的一种加工方法镜将激光在工件上聚焦,焦点处的高温使材料瞬时熔化、汽化、蒸发。汽化物质以射出来,它的反冲击力在工件内部形成一个向后的冲击波,在此作用下将孔打出。激光打孔速度极快,效率极高。如用激光给手表的红宝石轴承打孔,每秒钟可加工14~16个,合格率达9%。目前常用于微细孔和超硬材料打孔,如柴油机喷嘴金刚石拉丝化纤喷丝头、卷烟机上用的集流管等。激光切割与激光打孔原理基本相同,也是将激光能量聚集到很微小的范围内把工件烧穿,但切割时需移动工件或激光束(一般移动工件),在实际加工中,采用工作台数控技术,可以实现激光数控切割。激光切割大多采用大功率的CO2激光器,对于精细切割,也可采用YAG激光器。激光切割过程中,影响激光切割参数的主要因素有激光功率、吹气压力材料厚度等。激光可以切割金属,也可以切割非金属。在激光切割过程中,由于激光对被切割材料不产生机械冲击和压力,再加上激光切割切缝小,便于自动控制,故在实际中常用来加工玻璃啕瓷、各种精密细小的零部件。利用CO2激光器切割钛合金,如图7-7所示

(3)激光焊接激光焊接与激光打孔原理稍有不同,焊接时不需要那么高的能量密度使工件材料汽化蚀除,而只要将工件的加工区烧熔,使其粘合在一起。因此所需能量密度较低可用小功率激光器。与其他焊接相比,激光焊接具有焊接时间短、效率高、无喷渣、被焊材料不易氧化、热影响区小等特点,不仅能焊接同种材料,而且可以焊接不同种类的材料,甚至可以焊接金属与非金属材随着千瓦级大功率CO2激光器的出现,激光焊接的厚度已从零点几毫米提高到50m,已应用于汽车、钢铁、航空、原子能、电气电子等重要工业部门。目前在世界各国激光加工的应用领域中,激光焊接的应用仅次于激光切割,在激光加工设备中约占20.9%。例如:车身覆盖件剪裁激光拼焊。用激光将不同厚度,不同材质,不同性能的小块拼焊起来,再冲压

成形。材料利用率由40%~60%提高到70%~80%,而且减轻了重量,焊后表面平整,无翘曲和变形,确保车身覆盖件的质量。

(4)激光的表面热处理利用激光对金属工件表面进行扫描,从而引起工件表面金相组织发生变化进而对工件表面进行表面淬火、粉末粘合等。用激光进行表面淬火,工件表层的加热速度极快,内部受热极少,工件不产生热变形,特别适合于对齿轮、气缸筒等形状复杂。




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