激光加工工程

激光加工工程高士友前言1960年一种神奇的光--激光称为死光(deathray)诞生了。英文是Laser--LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation，“受激发射光放大”中每个实词第一个字母的缩略词。激光的方向性极好，不易发散。一束激光发射到38万千米外的月球上，光圈的直经不过2千米，在地球上看去，只是一个明亮的红点。利用激光的这一特性，科学家在1962年测出了地球与月球的精确距离。激光具有穿透透明物质的能力，治疗眼睛效果特佳，当视网膜出了问题需要修补时，视网膜在眼球的后边，所以手术很难进行。1963年，弗林克的医生利用激光成功地做了视网膜手术，整个手术时间才几千分之一秒，病人甚至不需要麻醉，也不会感到痛苦。激光的相干性很好，用透镜能把它聚集成极细的光束，任何材料都会被烧熔、气化。总光能仅相当于一只15瓦灯泡一秒钟发出的光能的激光束，能将1.5米远处的一块厚约2厘米的钢板打出一个孔。激光上述优异的性能，使其在军事、工业、通讯、医疗、农业、科学研究等许多领域都有充分应用。激光现在几乎是无处不在：激光针灸、激光裁剪、激光切割、激光焊接、激光淬火、激光唱片、激光测距仪、激光陀螺仪、激光铅直仪、激光手术刀、激光炸弹、激光雷达、激光枪、激光炮……。激光技术及其加工应用范围广，工艺灵活多样，加工精度高、质量好，生产清洁，易实现自动化、柔性化和智能化等优点，正逐步取代许多传统加工技术。在不久的将来，激光肯定会有更广泛的应用。激光导引星，让地面的望远镜能更清晰地做天文观测。这项技术被军方用来侦测卫星，比如说，看清卫星表面的标记来判定国别。天文学家在夏威夷的Keck天文台，利用激光导引星，拍摄了第一张银河系中心的清晰照片，包括黑洞附近区域。2005年激光领域最大的突破是硅激光，英特尔在年初首先报道了连续波全硅拉曼激光器，作者是HaishengRong。荣海生在南开大学物理系获得学士与硕士学位，德国海德堡大学激光光谱博士学位。1996年加入麻省理工与加州理工学院合作的项目“激光干涉仪”。2000年到硅谷在NewFocus做光通讯研究。2002年加入英特尔的硅光研究团队。苏格兰南部，20051月9日，天空中有奇怪的光和奇形怪状的物体。被证实是一场激光秀产生的，那里在举行一场婚礼。两颗处在不同轨道的卫星成功地使用激光实现了信息交换。这项技术未来可能会应用在太空船间的超高速通讯上。因为激光比无线电发送器频率高，因此可以在相同的时间内传递更多的信息。美国佐治亚州理工学院的一个研究小组最近成功研发出一种新的激光装置，它可以自动侦测出10米内的数码相机或数码摄像机镜头，并向其发射一束激光。随着数码相机，特别是带摄像头的手机的普及，偷拍确实成了个大问题。阻止偷拍也就成了潜在大市场。预测，将来这样的激光干扰装置会小型化，成为一件饰物样子，或者安装在手机上。激光测量激光打标激光雕刻激光枪第1章激光在军事上的应用军事迷们热衷于谈论激光武器，真正有直接杀伤力的激光武器（打卫星，打坦克那种），还处在研发阶段。Lasersarebeingappliedmoreandmorewidelyinthemanufacturingenvironment.Lasersprovideaveryparticularwayofapplyingthermalenergytomaterial,leadingtoawidevarietyofwelding,cutting,andsurfacetreatmentprocesses。DrilltheHoesWeldCutOutMaterialforSewingClothesWeldRazorBladesWeld,Clad,&CutPartsForCarsDrilltheHolesInJetEngineTurbineBladesEngraveTombstones第2章激光在加工中的应用（LASERSINTHEMANUFACTURINGENVIRONMENT）LASERHAZARDSLASERHAZARDSLASERHAZARDS汽车工业是激光加工应用最多的领域之一。据有关资料统计，在欧美日工业发达国家，有50%~70%的零部件都是采用过激光加工来完成的。激光技术发展到今天已经成为一门综合性科学，激光加工与计算机技术和材料科学结合，利用CAD/CAM和材料科学的新进展，可以突破传统的设计和制造模式；可以大大地改观汽车制造业的面貌。作为一种新技术，激光的应用可以说是无限的。只有你想象不到的应用，没有激光做不到的。面对广阔的市场，激光技术的大规模应用无疑会给汽车工业带来革命性的影响。作为八大高技术领域之一，国内与国外的差距不大，但产业化有很大的差距。LASERHAZARDS激光熔敷技术诞生以来，作为一种修复技术已得到许多重要应用。如英国P.R航空发动机公司将它用于涡轮发动机叶片的修复，美国海军试验室用于修复舰船螺旋桨叶。国内对此项技术应用也在近年来取得很大进展。中南大学使用激光熔覆技术，对石化系统高参数阀门的密封面进行激光熔覆强化，得到了1mm～3.5mm厚,表面光滑平整的合金层[1]。检测分析表明，激光熔层的组织性能、与基体的结合、对基体的热影响、熔层质量与成品率均优于等离子喷焊等传统强化工艺。目前上述修复工作都采用一维激光熔敷方法，只能解决部分零件的修复，而且仅是修复概念上的工作。事实上，在生产中还有大量的复杂贵重装备需要三维激光再制造技术，特别是不能移动的大型设备需要解决现场修复问题。可以预见，随着该项技术的发展与完善，在经济建设和国防建设中将发挥巨大作用。第3章激光加工系统COMMERCIAL14kWTRANSVERSEFLOWCO2LASEHAAS-LASER4KWNd:YALaserMicromachiningPrototypingLaboratoryLASERSAREVERYGOODFORPuttinglotsofenergy(heat)inasmallspaceControllingthatenergyAffectingselectivelyonematerialversusanother–evenwhenthetwoareinintimatecontactHighproductionrateADVANTAGESANDDISADVANTAGESOFLASERPROCESSINGAdvantageshighhighprocessingspeedslowthermaldistortionminimalheataffectedzonedegradationoperatesinafullyautomatedenvironmentDisadvantagescapitalintensiverequiresspeciallytrainedoperatorsrequiresgreatercontrolofjointtolerancesINDUSTRIALLASERCOMPARISON＠CO2lasers（10.6microncharacteristicwavelength，pulsedorcontinuouswaveoutput）continuouswavepoweroutputupto45kWpulsesystemaveragepowerupto6kWreflectiveoptics,especiallyathigherpower＠Nd:YAGlasers（1.06microncharacteristicwavelength，pulsedorcontinuouswaveoutput）poweroutputofcontinuouswaveupto5kWpulsesystemaveragepowerupto2kWfiberopticbeamdeliveryBEAMDELIVERYUSINGMIRRORS,LENSES（CO2andNd:YAG）LASERHAZARDSLASERHAZARDSLaserscanburnandblindTheprototypetoolingindustryisabout300Billiondollarayearindustry.Prototypepartsareoftenusedbydesignerstotestalternativedesigns.Prototypepartscanrangefromconceptualtofunctional.BarkanandIansitidevelopedadetailstudyofthelevelsaprototypingstageswhichcanoccurduringthedesignprocess.Simplemodelsormock-upsareconceptualpartswhichcanbemadefromthesimplestmaterialsandprocesses.Theycanbemadeofplastics,paper,etc.Theycanbeformedbygluing,simplemachining,orbladeshaping.Mock-upspartsdonothavetonecessarilyfittighttolerances.Theprimarypurposeforconceptualpartsislookandfeelattributes.Theyaretypicallyusedintheearlypartofthedesigncycle.Subsystemandmechanicalprototypeshaveawiderangeofmodelclasseswhichveryinlevelofintegrationandtolerances.Partsinthesetwosubclassrangefrommoderatetohighlytighttolerances.Theycanalsobesemi-functionaltofunctional.Thesepartsareusedfordesignvalidation.Oftenthesepartsareusedtodeterminepartfitwithinpackagingrequirements.Thesepartsaremadefromtraditionalprototypingtechniquesorrapidprototypingtechniques.第4章设计和模型概念Showpartsaresubsystemprototypeswhichhighaccuracybutareusedprimarilyfordisplayorreviewpurposes.Thesepartsarenottypicallymadeofconventionalengineeringmaterials,butareoftenpaintedordecaledtohaveshowqualityfinishes.Thesepartsaretypicallymadeveryquicklyfromfoams,rendboard,andepoxyplastics.Theyoftenrequiremanualfinishinginsuringtighttolerancesandpartsdimensions.Breadboardsaresubsystemprototypeswhichareverysimplewithlowtolerancesbutexhibitpartfunction.Thesetypesofaretypicallyusedfortestingconceptfunctionorlocalpart/subsystemfunction.Theabilitytomakechangestothesesystemsrapidlyisaprimefeatureofbreadboards.Tooling