激光工农业应用

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激光加工技术
利用激光束与物质相互作用的光热效应特性对包括金属与非金 属的各种材料进行加工，涉及到焊接、切割、打标、打孔、热 处理、成型、涂敷等多种加工工艺，应用非常广泛。
一.激光加工的原理
激光是一束相同频率、相同方向和严格位相关系的高强度 平行单色光。由于光束的发散角通常不超过0.1°，因此在理论 上可聚焦到直径为光波波长尺寸相近的焦点上，焦点处的能量 密度可达108～1010W/cm2，温度可高达摄氏1万度，从而使任何 材料均在瞬时（＜10－3s ）被急剧熔化乃至气化，并产生强烈 的冲击波被喷发出去，从而达到切除材料的目的。
小孔和围着孔壁的熔融金属（熔池）随着前导 光束前进速度向前移动，熔融金属填充着小孔 移开后留下的空隙并随之冷凝，形成焊缝。
2）激光深熔焊工艺参数
※ 临界功率密度：深熔焊时，功率密度必 须大于某一数值，才能引起小孔效应。这 一数值，称为临界功率密度
深熔焊小孔示意图
※ 激光深熔焊的熔深 ：激光深熔焊熔深与激光输出功率密度密
局限性：
1）要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有 显著偏移。这是因为激光聚焦后光斑尺寸小，焊缝窄。若工件 装配精度或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺憾。 2）激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资较大。
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激光焊接
高能激光（能产生约5500 oC的高温）把大块硬质材 料焊接在一起
率和物理特性相差很大的金属焊接特别有利；
➢激光束可以被聚得很细，光斑能量密度很高，几乎可以气化所
有的材料，有广泛的适用性；
➢激光功率可控，易于实现自动化；
➢激光束功率密度很高，焊缝熔深大，速度快，效率高；
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➢激光焊缝窄，热影响区很小，工件变形很小，可实现精密焊接； ➢激光焊缝组织均匀，晶粒很小，气孔少，夹杂缺陷少，在机械性 能、抗蚀性能和电磁学性能上优于常规焊接方法。
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2 激光切割
视频：光纤激光切割玻璃
原理： 激光切割是利用高功率密度的激光束扫描过材料表面，
在极短时间内将材料加热到几千至上万摄氏度，使材料熔化或 气化，再用高压气体将熔化或气化物质从切缝中吹走，达到切 割材料的目的。
使用的激光器有YAG激光器和CO2激光器。
如图所示为激光切割头的 结构，除了透镜以外它还 有一个喷出辅助气体流的 同轴喷嘴。
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激光切割头的结构示意图
特点： ➢速度快，切口光滑平整，一般无需后续加工； ➢切割热影响区小，板材变形小，切缝窄（0.1mm~0.3mm）； ➢切口没有机械应力，无剪切毛刺； ➢加工精度高，重复性好，不损伤材料表面； ➢数控编程，可加工任意的平面图，可以对幅面很大的整板切割，
切相关，也是功率和光斑直径的函数。
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应用领域：
汽车车身厚薄板、汽车零件、锂电池、心脏起搏器、密封继电 器等密封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件。
应用举例：
➢例1：铝质车身数量的增长，将加速激光焊接在汽车制造中的
应用。
➢例如：奥迪公司A2型轿车全铝车身采用激光焊接的部件，其 焊缝总长达30m。铝材料使用激光焊的主要优点是：焊接速度
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二.激光加工的特点
1. 耗能少、污染小、效率高等；
2. 由于激光加工的功率密度高，几乎可以加工任何材料；
3. 激光束可调焦到微米级，其输出功率可以调节，因此，激光 可用于精细加工；
4. 激光属非接触式加工，无明显机械切削力，因而具有无工具 损耗、加工速度快、热影响区小、热变形和加工变形小，易 实现自动化等优点；
快。与传统的车身点焊技术相比，经激光焊接的部位，其强度
和刚性更好。此外，激光焊可省掉焊接凸缘，这无疑可减少材
料消耗，有利于汽车自身重量的下降。激光焊既可使铝薄板与
铝薄板（件）之间实现联接，亦可使铝薄板（件）与铝铸件相
联接。
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激光焊接汽车
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➢例2：对塑料件进行激光束透射焊接。 ➢将一种透明的塑料件与另一种带有吸附充填材料的塑料 件相联接。激光束穿透上部透明的塑料件，使下部连接 件瞬间熔化，通过熔化膨胀将上部件湿润并局部熔化， 上下零件焊接在一起。 ➢例如：德国巴伐利亚州激光技术中心（BLZ）开发出一 种安全气囊控制装置的（塑料）外壳激光束透射焊接技 术，采用的是二极管激光器，与传统的焊接技术相比， 不仅工艺过程柔性高，而且电子部件也很少受到焊接过 程产生的机械和热损害。
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激光焊接工艺方法
1）片与片间的焊接 包括对焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等4种工
艺方法。 2）丝与丝的焊接
包括丝与丝对焊、交叉焊、平行搭接焊、T型焊等4种工艺方法。 3）金属丝与块状元件的焊接
采用激光焊接可以成功的实现金属丝与块状元件的连接，块状 元件的尺寸可以任意。在焊接中应注意丝状元件的几何尺寸。 4）不同金属的焊接
焊接不同类型的金属要解决可焊性与可焊参数范围。不同材料 之间的激光焊接只有某些特定的材料组合才有可能。
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激光深熔焊
1）激光深熔焊的原理
当激光功率密度达到106—107W／cm2时，功率输入远大于热传导、 对流及辐射散热的速率，材料表面发生汽化而形成小孔（图7-21） ，孔内金属蒸汽压力与四周液体的静力和表面张力形成动态平衡， 激光可以通过孔中直射到孔底。
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1 激光焊接
视频：1激光焊的应用
原理：
2激光焊过程
激光焊接是把能量密度很高的激光束照射到工件上，使工件受热
熔化，然后冷却得到焊缝。
目前使用的激光器有YAG (钇铝石榴石)激光器，CO2激光器和半导
体泵浦激光器。特点：
➢激光焊接具有溶池净化效应，能纯净焊缝金属，适用于相同或
不同材质、厚度的金属间的焊接，对高熔点、高反射率、高导热
激光在工业上的应用 ——激光加工
视频：1.华工激光汽车应用 2.意大利激光雕花机在服装加工上的应用 3.国外工业激光应用技术
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目前已成熟的激光加工技术包括：
激光焊接技术 激光切割技术 激光打标技术 激光雕刻技术 激技术 激光清洗技术 激光存储技术 激光微调技术 激光划线技术 激光去重平衡技术
5. 能透过透视窗孔对隔离室或真空室内的零件进行加工；
6. 激光技术还与计算机数控技术结合为制造业达到优质、高效 和低成本运作提供了全新手段。
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三.激光加工的举例
激光加工系统 包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及 检测系统。 激光加工工艺 包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、 微调等各种加工工艺。