激光原理與技術(shù)--第七章 激光加工技術(shù)-文庫吧
2025-01-02 21:31 本頁面
【正文】 激光發(fā)生器 激光設(shè)備 ☆ 由光學(xué)震蕩器及放在震蕩器空穴兩端鏡間的介質(zhì)所組成。介質(zhì)受到激發(fā)至高能量狀態(tài)時(shí)，開始產(chǎn)生同相位光波且在兩端鏡間來回反射，形成光電的串結(jié)效應(yīng)，將光波放大，并獲得足夠能量而開始發(fā)射出激光。 ☆ 激光亦可解釋成將電能、化學(xué)能、熱能、光能或核能等原始能源轉(zhuǎn)換成某些特定光頻（紫外光、可見光或紅外光的電磁輻射束的一種設(shè)備。轉(zhuǎn)換形態(tài)在某些固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)介質(zhì)中很容易進(jìn)行。當(dāng)這些介質(zhì)以原子或分子形態(tài)被激發(fā)，便產(chǎn)生相位幾乎相同且近乎單一波長(zhǎng)的光束 激光。由于具同相位及單一波長(zhǎng)，差異角均非常小，在被高度集中以提供焊接、切割及熱處理等功能前可傳送的距離相當(dāng)長(zhǎng)。 下面是常見的激光焊接設(shè)備 發(fā)展過程 世界上的第一個(gè)激光束于 1960年利用閃光燈泡激發(fā)紅寶石晶粒 所產(chǎn)生，因受限于晶體的熱容量，只能產(chǎn)生很短暫的脈沖光束且頻率很低。雖然瞬間脈沖峰值能量可高達(dá)10^6瓦，但仍屬于低能量輸出。 使用釹（ ND）為激發(fā)元素的釔鋁石榴石晶棒（ Nd:YAG）可產(chǎn)生 18KW的連續(xù)單一波長(zhǎng)光束。 YAG激光，波長(zhǎng)為，可以通過柔性光纖連接到激光加工頭，設(shè)備布局靈活，適用焊接厚度 。 使用 CO2為激發(fā)物的 CO2激光（波長(zhǎng) ），輸出能量可達(dá) 25KW，可做出 2mm板厚單道全滲透焊接，工業(yè)界已廣泛用于金屬的加工上。 焊接特性 激光焊接屬于熔融焊接，以激光束為能源，沖擊在焊件接頭上。 激光束可由平面光學(xué)元件（如鏡子）導(dǎo)引，隨后再以反射聚焦元件或鏡片將光束投射在焊縫上。 激光焊接屬非接觸式焊接，作業(yè)過程不需加壓，但需使用惰性氣體以防熔池氧化，填料金屬偶有使用。 激光焊可以與 MIG焊組成激光 MIG復(fù)合焊，實(shí)現(xiàn)大熔深焊接，同時(shí)熱輸入量比 MIG焊大為減小。 激光焊接的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： （ 1）可將入熱量降到最低的需要量，熱影響區(qū)金相變化范圍小，且因熱傳導(dǎo)所導(dǎo)致的變形亦最低。 （ 2） 32mm板厚單道焊接的焊接工藝參數(shù)業(yè)經(jīng)檢定合格，可降低厚板焊接所需的時(shí)間甚至可省掉填料金屬的使用。 （ 3）不需使用電極，沒有電極污染或受損的顧慮。且因不屬于接觸式焊接制程，機(jī)具的耗損及變形接可降至最低。 （ 4）激光束易于聚焦、對(duì)準(zhǔn)及受光學(xué)儀器所導(dǎo)引，可放置在離工件適當(dāng)之距離，且可在工件周圍的機(jī)具或障礙間再導(dǎo)引，其他焊接法則因受到上述的空間限制而無法發(fā)揮。 （ 5）工件可放置在封閉的空間（經(jīng)抽真空或內(nèi)部氣體環(huán)境在控制下）。 （ 6）激光束可聚焦在很小的區(qū)域，可焊接小型且間隔相近的部件， （ 7）可焊材質(zhì)種類范圍大，亦可相互接合各種異質(zhì)材料。 （ 8）易于以自動(dòng)化進(jìn)行高速焊接，亦可以數(shù)位或電腦控制。 （ 9）焊接薄材或細(xì)徑線材時(shí)，不會(huì)像電弧焊接般易有回熔的困擾。 （ 10）不受磁場(chǎng)所影響（電弧焊接及電子束焊接則容易），能精確的對(duì)準(zhǔn)焊件。 （ 11）可焊接不同物性（如不同電阻）的兩種金屬 缺點(diǎn) ： （ 12）不需真空，亦不需做 X射線防護(hù)。 （ 13）若以穿孔式焊接，焊道深一寬比可達(dá) 10:1 （ 14）可以切換裝置將激光束傳送至多個(gè)工作站。 （ 1）焊件位置需非常精確，務(wù)必在激光束的聚焦范圍內(nèi)。 （ 2）焊件需使用夾治具時(shí)，必須確保焊件的最終位置需與激光束將沖擊的焊點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。 （ 3）最大可焊厚度受到限制滲透厚度遠(yuǎn)超過 19mm的工件，生產(chǎn)線上不適合使用激光焊接。 （ 4）高反射性及高導(dǎo)熱性材料如鋁、銅及其合金等，焊接性會(huì)受激光所改變。 （ 5）當(dāng)進(jìn)行中能量至高能量的激光束焊接時(shí)，需使用等離子控制器將熔池周圍的離子化氣體驅(qū)除，以確保焊道的再出現(xiàn)。 （ 6）能量轉(zhuǎn)換效率太低，通常低于 10%。 （ 7）焊道快速凝固，可能有氣孔及脆化的顧慮。 （ 8）設(shè)備昂貴。 激光焊接工藝增強(qiáng)技術(shù) 為了消除或減少激光焊接的缺陷 ,更好地應(yīng)用這一優(yōu)秀的焊接方法 ,提出了一些用其它熱源與激光進(jìn)行復(fù)合焊接的工藝 ,主要有激光與電弧、激光與等離子弧、激光與感應(yīng)熱源復(fù)合焊接、雙激光束焊接以及多光束激光焊接等。此外還提出了各種輔助工藝措施，如激光填絲焊（可細(xì)分為冷絲焊和熱絲焊）、外加磁場(chǎng)輔助增強(qiáng)激光焊、保護(hù)氣控制熔池深度激光焊、激光輔助攪拌摩擦焊等。 (1)功率密度。 功率密度是激光加工中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。采用較高的功率密度，在微秒時(shí)間范圍內(nèi)，表層即可加熱至沸點(diǎn)，產(chǎn)生大量汽化。因此，高功率密度對(duì)于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。對(duì)于較低功率密度，表層溫度達(dá)到沸點(diǎn)需要經(jīng)歷
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