激光讲义03

第三章激光焊接技术特点：①时间短，速度快，效率高；②功率密度大，可焊难熔金属；③非接触加工无压变形，热变形小，可微型焊接；④计算机程序控制实现自动焊；⑤可分光作多点同时焊接；3.1激光热传导焊接3.1.1脉冲激光点焊：脉冲YAG激光经聚焦，激光功率密度很高104－107w/cm2,材料表面吸收激光并向内传热，使材料熔接；1）激光功率密度(达百万瓦级/cm2)——取决于激光能量与脉宽；聚焦光斑大小激光热传导焊的工艺参数：2）脉冲宽度是保证熔深与控制热影响区的重要参数脉宽与LC储能网络3）重复频率与焊接速度4）脉冲波形前沿尖峰以克服金属表面的反射率，使激光能量被材料吸收。注意脉冲的后延能量，防止熔斑凝固时微裂纹的出现。较先进的激光焊机，可通过单片机任意设置激光脉冲的宽度与能量，以适应各种材料焊接的工艺要求。5）离焦量是控制熔深.防止飞溅的重要参数6）辅助吹气防止氧化；激光热传导点焊工艺参数：激光功率密度；脉冲宽度；脉冲波形；重复频率；离焦量；辅助吹气3.1.2激光缝焊焊点多，熔深大，焊接牢靠；可作密封焊接；接头形式激光焊接一般不添加焊料，要求配合间隙应小与板厚的1/4；选取适当的接头形式激光缝焊工艺参数：1.激光功率(脉宽.脉冲频率)；2.焊接速度与熔深；3.光斑重叠度；4.接头形式与间隙；5.离焦量（防飞溅）；6.辅助吹气（防氧化）；脉冲YAG激光焊接机多功能YAG激光加工机（打孔.切割.焊接）60瓦YAG激光点焊机首饰激光焊接高尔夫球头激光点焊手机电池激光焊接传感器激光焊接不锈钢器具激光焊接不等厚钢板的激光拼焊3.1.3YAG激光的光纤传输焊接四光束光纤传光激光焊接机300瓦YAG激光多路光纤焊接机高功率激光深穿透焊激光功率密度高达106Wcm-2，材料蒸发速率很大，高压蒸气的压力使熔池下凹形成小坑；继续作用使小孔加深，直到金属蒸气的压力与液态金属的表面张力和重力达到平衡而成一稳定深度的小孔—小孔效应。激光束沿小孔壁进入孔底，可得很大的焊接深度。小孔随着激光束向前移动，前方的金属不断熔化和气化，熔化的金属不断流向小孔后方，并借助液态金属的表面张力和重力进行弥合，然后凝固形成焊缝—连续激光深穿透焊的机理。在高功率激光深穿透焊接过程中，在熔池上方产生等离子体，它对入射激光产生吸收.散射和反射，大大衰减了入射激光的能量--等离子体屏蔽效应。可用辅助吹气（Ar.He.N2.CO2等）抑制等离子体。3.2激光深熔焊接——大功率连续CO2激光200－3000W，聚焦后功率密度达106－107W/cm2,使材料熔化并气化，形成一小孔；小孔继续吸收激光热能，在小孔周围形成较深的金属熔化区；随着激光的移动，形成深焊缝。小孔中的壁聚焦效应对深熔焊很重要激光功率密度太高时，等离子体的屏蔽现象阻碍激光加工辅助吹气压应略高于金属蒸气压连续激光深穿透焊工艺参数：激光功率密度；焊接速度；焦点位置；焊接深度；辅助吹气；CO2激光的臂式传光激光自动焊实例电机定子固定焊接大功率激光缝焊实例——钢管自动成形焊机激光三维立体焊接双光束激光焊接光纤传光半导体激光焊接二维振镜快速定位激光点焊要注意提高振镜与平场物镜的激光破坏阈值3.3激光填丝焊（钎焊）激光钎焊模具补焊机热丝激光钎焊3.4激光－电弧复合热源焊接激光－电弧复合焊思考题：1.综述激光焊接的特点；2.总结激光点焊与激光缝焊的工艺参数；3.大功率CO2激光深熔焊的机理与工艺参数；第6章激光雕刻技术6.1.2激光雕刻机一）绘图仪式逐行扫描雕刻；二）二维振镜填充式扫描雕刻；三）工件运动式扫描雕刻；6.1.1激光雕刻原理——利用高峰值功率激光对材料的熔蚀.汽化和光化学作用，去除指定范围内的材料；第六章激光雕刻技术工件运动式扫描雕刻6.1.3激光雕刻方法——扫描法去除材料一）黑白图象雕刻——激光扫描刻印章1）行扫描（单向扫描与双向扫描）——激光聚焦点扫描控制简单；但激光开关要频繁动作；2）轮廓扫描（二维矢量式）——激光聚焦点沿轮廓扫描，由外至内或由内至外依次雕刻；3）扫描密度（行距和点数）由图像大小和激光聚焦点的大小而定；二）灰度图像的激光雕刻——先将图像的灰度等级，变化为黑像素点疏密程度的‘伪灰度’黑白图像；1）一对多方法——将灰度图像的一个像素点，转换为伪灰度图像的一个正方形区域；图像灰度级转换为正方形区域内阳点数所占比例；——点增多；2）扰动法——将灰度图像的一个像素点，转换为伪灰度图像的一个像素点，其白或黑由该点灰度级大于或小于灰度平均值而定；——粗略3）控制激光能量实现灰度控制——改变连续激光的强度，或改变脉冲激光的占空比和脉宽；——等级越多越精细6.1.4金属材料的激光雕刻一）机理——高功率密度激光使金属气化燃烧；关键在于提高金属表面对于激光的吸收：可对金属表面作涂黑预处理；或表面作机械打磨预处理或化学预处理；或激光预处理等。二）影响雕刻质量的因素——1）很高的激光峰值功率；很小的聚焦光斑；光束偏振度小；2）激光脉冲重复频率与雕刻速度调整适当；3）材料特性（吸收率.热导率.汽化潜热等）的影响很大；6.1.5非金属材料的激光雕刻一）机理——非金属材料热导率低，吸收激光转化为热能，材料瞬间汽化和燃烧；加工速度不要太慢。二）工艺参数——激光能量与聚焦焦距，重复功率与雕刻速度，材料特性差异很大。6.2激光雕刻应用一）激光雕刻在印染业的应用——印染辊筒的激光雕刻激光雕刻的陶瓷网纹辊，网纹精细均匀，质高耐用。二）纸箱印字版的激光雕刻三）激光雕刻印章——金属.橡胶.石材.牛角.有机玻璃.塑料等；四）激光雕刻工艺品——竹木.皮革.塑料.陶瓷等；五）激光内雕艺术品——在透明玻璃体内部雕刻三维图像；