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激光切管加工廠應用領域

作者: 日期:2020-02-26 16:44:43 人氣:54422

7.2激光切管加工

激光切管加工就是利用光的能量經過透鏡聚焦后在焦點上達到很高的能量密度產生的光熱效應來加工各種材料。激光加工已經用于打孔、切割、電子器件的微調、焊接、熱處理、以及激光存貯等各個領域

7.2.1激光的概念的產生

我們知道,原子由一個帶正電荷的原子核和若干個帶負電荷的電子組成,且正、負電荷數量相等,各個電子圍繞原子核作軌跡運動。電子的每一種運動狀態對應著原子個內部能量值,稱為原子的能級。原子的更低能級稱為基態,能量比基態高的能級均稱為激發態。光和物質的相互作用可歸納為光和原子的相互作用,這些作用會引起原子「處能級狀態的變化。在正常情況下,物質體系中處于低能級的原子數總比處于高能級的原子數多,這樣,吸收過程總是勝過受激過程。要使受激發射過程勝過吸收過程,實現光放大,就必須以外界激勵來破壞原來粒子數分布,使處于低能級的粒子吸收外界能量躍遷到高能級,實現粒子數的反轉,即使高能級上的原子數多于低能級上的原子數,這個過程稱為激勵。激勵之后的高能級原子躍遷到低能級而發射光子即產生激光提示: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,紅橙黃綠青藍紫等多種不同波長的多色光,聚焦后焦點并不在同一平面內。

7.22激光加工

1.激光加工的原理

激光是一種強度高、方向性好、單色性好的相干光。由于激光的發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)小斑點上,加上它本身強度高,故可以使其焦點處的功率密度達到10~10W/cm2,溫度可達10000℃以上。在這樣的高溫下,任何材料都將瞬時急劇熔化和汽化,并爆炸性地高速噴射出來,同時產生方向性很強的沖擊。因此,激光加工是工件在光熱效應下產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備,它的任務是把電能轉變成光能,產生所需要的激光束。按工作物質的種類可分為固體激光器、氣體激光器、液體激光器和半導體激光器四大類。由于He-Ne(氦一氖)氣體激光器所產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,因而在機械制造的精密測量中被廣泛采用。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氣體激光器及紅寶石、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)導光聚焦系統根據被加工工件的性能要求,光束經放大、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光聚焦系統

(3)激光加工系統激光加工系統主要包括床身、能夠在三維坐標范圍內移動的工作臺及機電控制系統等。隨著電子技術的發展,許多激光加工系統已采用計算機來控制工作臺的

7.24激光加工的應用

在激光加工中利用激光能量高度集中的特點,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行精密測量

(1)激光打孔激光打孔是激光加工中應用最早和應用最廣泛的一種加工方法鏡將激光在工件上聚焦,焦點處的高溫使材料瞬時熔化、汽化、蒸發。汽化物質以射出來,它的反沖擊力在工件內部形成一個向后的沖擊波,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,合格率達9%。目前常用于微細孔和超硬材料打孔,如柴油機噴嘴金剛石拉絲化纖噴絲頭、卷煙機上用的集流管等。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把工件燒穿,但切割時需移動工件或激光束(一般移動工件),在實際加工中,采用工作臺數控技術,可以實現激光數控切割。激光切割大多采用大功率的CO2激光器,對于精細切割,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,由于激光對被切割材料不產生機械沖擊和壓力,再加上激光切割切縫小,便于自動控制,故在實際中常用來加工玻璃啕瓷、各種精密細小的零部件。利用CO2激光器切割鈦合金,如圖7-7所示

(3)激光焊接激光焊接與激光打孔原理稍有不同,焊接時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間短、效率高、無噴渣、被焊材料不易氧化、熱影響區小等特點,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大功率CO2激光器的出現,激光焊接的厚度已從零點幾毫米提高到50m,已應用于汽車、鋼鐵、航空、原子能、電氣電子等重要工業部門。目前在世界各國激光加工的應用領域中,激光焊接的應用僅次于激光切割,在激光加工設備中約占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,不同性能的小塊拼焊起來,再沖壓

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量。

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




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