激光加工的幾大分類
來源: 激光加工   發布時間: 2020-10-05 09:39   204 次瀏覽   大小:  16px  14px  12px
激光加工是指利用激光束投射到材料表麵產生的熱效應來完成加工過程,包括激光焊接、激光切割、表麵改性、激光打標、激光鑽孔和微加工等。用激光束對材料進行各種加工,如打孔、切割、劃片、焊接、熱處理等。激光能適應任何材料的加工製造,

激光加工是指利用激光束投射到材料表麵產生的熱效應來完成加工過程,包括激光焊接激光切割、表麵改性、激光打標激光鑽孔和微加工等。用激光束對材料進行各種加工,如打孔、切割、劃片、焊接、熱處理等。激光能適應任何材料的加工製造,尤其在一些有特殊精度和要求、特別場合和特種材料的加工製造方麵起著無可替代的作用。

一 激光加工的原理及其特點

1. 激光加工的原理

激光加工是將激光束照射到工件的表麵,以激光的高能量來切除、熔化材料以及改變物體表麵性能。由於激光加工是無接觸式加工,工具不會與工件的表麵直接磨擦產生阻力,所以激光加工的速度極快、加工對象受熱影響的範圍較小而且不會產生噪音。由於激光束的能量和光束的移動速度均可調節,因此激光加工可應用到不同層麵和範圍上。

2.激光加工的特點

激光具有的寶貴特性決定了激光在加工領域存在的優勢:

①由於它是無接觸加工,並且高能量激光束的能量及其移動速度均可調,因此可以實現多種加工的目的。

②它可以對多種金屬、非金屬加工,特別是可以加工高硬度、高脆性、及高熔點的材料。

③激光加工過程中無"刀具"磨損,無"切削力"作用於工件。

④激光加工過程中,激光束能量密度高,加工速度快,並且是局部加工,對非激光照射部位沒有影響或影響極小。因此,其熱影響區小,工件熱變形小,後續加工量小。

⑤它可以通過透明介質對密閉容器內的工件進行各種加工。

⑥由於激光束易於導向、聚集實現作各方向變換,極易與數控係統配合,對複雜工件進行加工,因此是一種極為靈活的加工方法。

⑦使用激光加工,生產效率高,質量可靠,經濟效益好。

二 激光技術

用激光束對材料進行各種加工,如打孔、切割、劃片、焊接、熱處理等。激光加工有許多優點:①激光功率密度大,工件吸收激光後溫度迅速升高而熔化或汽化,即使熔點高、硬度大和質脆的材料(如陶瓷、金剛石等)也可用激光加工;②激光頭與工件不接觸,不存在加工工具磨損問題;③工件不受應力,不易汙染;④可以對運動的工件或密封在玻璃殼內的材料加工;⑤激光束的發散角可小於1毫弧,光斑直徑可小到微米量級,作用時間可以短到納秒和皮秒,同時,大功率激光器的連續輸出功率又可達千瓦至十千瓦量級,因而激光既適於精密微細加工,又適於大型材料加工;⑥激光束容易控製,易於與精密機械、精密測量技術和電子計算機相結合,實現加工的高度自動化和達到很高的加工精度;⑦在惡劣環境或其他人難以接近的地方,可用機器人進行激光加工。

1.激光打孔

采用脈衝激光器可進行打孔,脈衝寬度為0.1~1毫秒,特別適於打微孔和異形孔,孔徑約為0.005~1毫米。激光打孔已廣泛用於鍾表和儀表的寶石軸承、金剛石拉絲模、化纖噴絲頭等工件的加工。

2.激光切割、劃片與刻字

在造船、汽車製造等工業中,常使用百瓦至萬瓦級的連續CO2激光器對大工件進行切割,既能保證精確的空間曲線形狀,又有較高的加工效率。對小工件的切割常用中、小功率固體激光器或CO2激光器。在微電子學中,常用激光切劃矽片或切窄縫,速度快、熱影響區小。用激光可對流水線上的工件刻字或打標記,並不影響流水線的速度,刻劃出的字符可永久保持。

3.激光微調

采用中、小功率激光器除去電子元器件上的部分材料,以達到改變電參數(如電阻值、電容量和諧振頻率等)的目的。激光微調精度高、速度快,適於大規模生產。利用類似原理可以修複有缺陷的集成電路的掩模,修補集成電路存儲器以提高成品率,還可以對陀螺進行精確的動平衡調節。

4.激光焊接

激光焊接強度高、熱變形小、密封性好,可以焊接尺寸和性質懸殊,以及熔點很高(如陶瓷)和易氧化的材料。激光焊接的心髒起搏器,其密封性好、壽命長,而且體積小。

5.激光熱處理

用激光照射材料,選擇適當的波長和控製照射時間、功率密度,可使材料表麵熔化和再結晶,達到淬火或退火的目的。激光熱處理的優點是可以控製熱處理的深度,可以選擇和控製熱處理部位,工件變形小,可處理形狀複雜的零件和部件,可對盲孔和深孔的內壁進行處理。例如,氣缸活塞經激光熱處理後可延長壽命;用激光熱處理可恢複離子轟擊所引起損傷的矽材料。

6.強化處理

激光表麵強化技術基於激光束的高能量密度加熱和工件快速自冷卻兩個過程,在金屬材料激光表麵強化中,當激光束能量密度處於低端時可用於金屬材料的表麵相變強化,當激光束能量密度處於高端時,工件表麵光斑出相當與一個移動的隙隙,可完成一係列的 冶金過程,包括表麵重熔、表層增碳、表層合金化和表層熔覆。這些功能在實際應用中引發的材料替代技術,將給製造業帶來巨大的經濟效益。

而在刀具材料改性中主要應用的是熔化處理,熔化處理是金屬材料表麵在激光束照射下成為熔化狀態,同時迅速凝固,產生新的表麵層。根據材料表麵組織變化情況,可分為合金化、溶覆、重溶細化、上釉和表麵複合化等。

激光熔凝是用適當的參數的激光輻照材料表麵,使其表麵快速熔融、快速冷凝,獲得較為細化均質的組織和所需性質的表麵改性技術。它具有以下優點:

1.表麵熔化時一般不添加任何金屬元素,熔凝層與材料基體形成冶金結合。

2.在激光熔凝過程中,可以排除雜質和氣體,同時急冷重結晶獲得的雜質有較高的硬度、耐磨性和抗腐蝕性。

3.其熔層薄、熱作用區小,對表麵粗糙度和工件尺寸影響不大。有時可不再進行後續磨光而直接使用。

4.提高溶質原子在基體中固溶度極限,晶粒及第二相質點超細化,形成亞穩相可獲得無擴散的單一晶體結構甚至非晶態,從而使生成的新型合金獲得傳統方法得不到的優良性能。

光束可以通過光路導向,因而可以處理零件特殊位置和形狀複雜的表麵。

綜合激光技術的優點及以被廣泛應用的技術的缺點,把激光技術應用於刀具材料表麵強化處理,將是提高刀具耐磨性及其使用壽命的重要途徑之一,尤其對於陶瓷、硬質合金刀具這種高硬度、耐熱性好等優點,有利於提高加工效率和加工精度,並能對難加工材料如淬火鋼在不利的加工條件下進行切削加工。由於它們強度相對較低,韌性較差,嚴重地限製了它們的應用範圍,因此把激光表麵強化技術應用於陶瓷、硬質合金刀具具有深刻的研究意義和廣闊的應用前景。

三 激光加工的發展前景

激光加工用於再製造業和應用於其他製造業一樣,有其不可替代的優點,並優於其它加工技術。激光加工用於再製造業是由相變硬化發展到激光表麵合金化和激光熔覆,由激光合金塗層發展到複合塗層及陶瓷塗層,從而使得激光表麵加工技術成為再製造的一項重要手段。它主要是采用5KW~10KWCO2高功率激光器及其係統。

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