激光加工技术详解演示文稿
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激光加工技术PPT课件
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1—激 光 ； 2—被 焊 接 零 件 ； 3—被 熔 化 金 属 ； 4—已 冷 却 的 熔 池
图7-12 激光焊接过程示意图
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（四）激光表面处理 当激光的功率密度约为103～105 W/cm2时，便可实现对铸铁、 中碳钢，甚至低碳钢等材料进行激光表面淬火。淬火层深度一般为0.7～1.1 mm，淬火层硬度比常规淬火约高20%。激光淬火变形小，还能解决低碳钢 的表面淬火强化问题。图7-13为激光表面淬火处理应用实例。
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被激发到高能级的原子一般是很不稳定的，它总是力图回到能量较 低的能级去，原子从高能级回落到低能级的过程，称为“跃迁”。
在基态时，原子可以长时间的存在，而在激发状态的各种高能级的 原子停留的时间一般都较短。但有些原子或离子的高能级或次高能级却有着 较长的寿命，这种寿命较长的较高能级，称为亚稳定能级。
内的200 多种疾病。
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谢谢大家
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谢谢您的观看！
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固体激光器的基本结构示意图
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封离式CO2激光器结构示意图
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（二）导光聚焦系统 根据被加工工件的性能要求，光束经放大、整形、聚焦后作用于加工部 位，这种从激光器输出窗口到被加工工件之间的装置称为导光聚焦系统。 （三）激光加工系统 激光加工系统主要包括床身、能够在三维坐标范围内移动的工作台及机 电控制系统等。随着电子技术的发展，许多激光加工系统已采用计算机来控制 工作台的移动，实现激光加工的连续工作。
激光技术是20世纪60年代初发展起来的一门新兴科学，在材料加工 方面，已逐步形成一种崭新的加工方法——激光加工（简称LBM lasser beam machining）。激光加工可以用于打孔、切割、焊接、热处理等各 个领域。
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1—激 光 ； 2—被 焊 接 零 件 ； 3—被 熔 化 金 属 ； 4—已 冷 却 的 熔 池
图7-12 激光焊接过程示意图
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（四）激光表面处理 当激光的功率密度约为103～105 W/cm2时，便可实现对铸铁、 中碳钢，甚至低碳钢等材料进行激光表面淬火。淬火层深度一般为0.7～1.1 mm，淬火层硬度比常规淬火约高20%。激光淬火变形小，还能解决低碳钢 的表面淬火强化问题。图7-13为激光表面淬火处理应用实例。
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被激发到高能级的原子一般是很不稳定的，它总是力图回到能量较 低的能级去，原子从高能级回落到低能级的过程，称为“跃迁”。
在基态时，原子可以长时间的存在，而在激发状态的各种高能级的 原子停留的时间一般都较短。但有些原子或离子的高能级或次高能级却有着 较长的寿命，这种寿命较长的较高能级，称为亚稳定能级。
内的200 多种疾病。
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固体激光器的基本结构示意图
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封离式CO2激光器结构示意图
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（二）导光聚焦系统 根据被加工工件的性能要求，光束经放大、整形、聚焦后作用于加工部 位，这种从激光器输出窗口到被加工工件之间的装置称为导光聚焦系统。 （三）激光加工系统 激光加工系统主要包括床身、能够在三维坐标范围内移动的工作台及机 电控制系统等。随着电子技术的发展，许多激光加工系统已采用计算机来控制 工作台的移动，实现激光加工的连续工作。
激光技术是20世纪60年代初发展起来的一门新兴科学，在材料加工 方面，已逐步形成一种崭新的加工方法——激光加工（简称LBM lasser beam machining）。激光加工可以用于打孔、切割、焊接、热处理等各 个领域。
激光加工课件资料讲解
激光加⼯课件资料讲解激光加⼯课件⼀、激光介绍1.1 激光的产⽣1.1.1光的物理状态㈠光的电磁学说：在⼀定波长范围内的电磁波。
λ——波长 C ——频率 V ——波速㈡光的量⼦说：光是在⼀定波长范围内的电磁波，⼀种具有⼀定能量的以光速运动的粒⼦流（光⼦）。
不同频率的光对应不同能量的光⼦。
E ——光⼦能量；v ——光的频率；h ——普朗克常数；1.1.2原⼦的发光㈠基态：电⼦在最靠近原⼦核的轨道上运动时，原⼦所处的能级状态称为基态。
㈡激发态：当外界传给原⼦⼀定的能量时，原⼦的内能增加，外层电⼦的轨道半径扩⼤，被激发到⾼能级，称为激发态（⾼能态）。
㈢跃迁：原⼦从⾼能级回到低能级的过程称为“跃迁”。
被激发到⾼能级的原⼦不是很稳定，总是⼒图回到能量较低的能级去。
具有亚稳态能级的原⼦和离⼦的存在是形成激光的重要条件。
㈣光辐射：当原⼦从⾼能级跃迁回到低能级或基态时，常常以光⼦的形式辐射出光能量。
㈤⾃发辐射：原⼦从⾼能级⾃发地跃迁到低能级⽽发光的过程称为⾃发辐射。
（⽇光灯发光）各受激原⼦跃迁回到基态的时序先后不⼀，且具有多个能级，因此⽅向性、单⾊性都很差。
㈥受激辐射：满⾜⼀定频率要求的⼀束光⼊射到具有⼤量激发态原⼦的系统中，刺激处在激发能级上的原⼦跃迁回到低能级，同时发出⼀束与⼊射光具有相同特性（频率、相位、传播⽅向、偏振⽅向等）的光。
1.1.3激光产⽣的条件㈠粒⼦数反转：具有亚稳态能级结构的物质，在⼀定外来光⼦能量激发条件下，吸收光能，使处于亚稳态（⾼能级）的原⼦数⽬⼤于处于基态（低能级）的原⼦数⽬的现象。
㈡受激辐射：在粒⼦数反转的状态下，⼀束光⼦⼊射该物体，当光⼦能量恰好等于两个能级相对应的能量差时，产⽣受激辐射，输出⼤量光能。
㈢激光具有⼀般光的共性（反射、折射、⼲涉等），也有其特性。
（受激辐射） c v λ=E hv =()1n v E E h =-强度、亮度和能量密度⾼：⼀台红宝⽯激光器的亮度是太阳表⾯亮度的两百多亿倍。
激光加工特种加工课件详解
激光表面改性质量评价与优化方法
质量评价方法
激光表面改性的质量评价主要包括表面形貌 观测、硬度测试、耐磨性测试等方法。通过 这些方法可以对改性后的材料表面性能进行 定量或定性的评价。
优化方法
针对激光表面改性过程中可能出现的问题， 如裂纹、变形等，可以采取优化工艺参数、 改进设备结构、选用合适的辅助气体等措施 进行优化。同时，也可以结合数值模拟技术 对加工过程进行模拟和优化，以提高加工效 率和质量。
激光特点
高亮度、高方向性、高单色性、 高相干性。
激光加工技术发展历程
01
02
03
初期阶段
20世纪60年代，激光被首 次应用于打孔、切割等简 单加工。
发展阶段
70-80年代，随着激光器 性能提升和计算机技术发 展，激光加工精度和效率 得到显著提高。
成熟阶段
90年代至今，激光加工技 术不断完善，应用领域不 断拓宽，成为现代制造业 不可或缺的技术手段。
不同材料激光表面改性工艺参数
金属材料
对于金属材料，激光表面改性的工艺参 数主要包括激光功率密度、扫描速度、 光斑直径、搭接率等。这些参数的选择 需要根据金属材料的种类、厚度、性能 要求等因素进行综合考虑。
VS
非金属材料
对于非金属材料，如陶瓷、塑料等，激光 表面改性的工艺参数也有所不同。除了上 述的激光功率密度、扫描速度等参数外， 还需要考虑材料的热稳定性、吸光性等因 素。
质量评价
通过观察焊缝外观、测量焊缝尺寸、检测焊缝力学性能等方法，对激光焊接质量进行评 价。
优化方法
通过调整工艺参数、改进设备结构、优化光路设计等方法，提高激光焊接质量和效率。 同时，也可以采用先进的控制算法和人工智能技术，实现激光焊接过程的自动化和智能
激光加工技术ppt课件
固体激光器一般采用光激励，能量转化环节多，光的激 励能量大部分转换为热能，所以效率低。为了避免固体 介质过热，固体激光器通常多采用脉冲工作方式并用合 适的冷却装置，较少采用连续工作方式。由于其具有结 构紧凑、牢固耐用、使用维护方便、价格较低等特点， 所以在激光打孔、焊接、切割、划片、热处理及半导体 加工技术中得到广泛应用。
激光加工技术
主要内容
激光的产生及特性
激光加工的原理和特点
激光加工的基本设备 激光加工工艺及应用 发展趋势及展望
激光加工技术
自然界存在着自发辐射和受激辐射两种不同的发光 方式，前者发出的光是随处可见的普通光，后者发出的 光便是激光。 激光如果通过透镜将其聚焦成直径为几十微米到几微 米的极小光斑，使能获得极高的能量密(108——1010W ／cm2)。当激光照射在工件表面时，光能被工件吸收并 迅速转化为热能，光斑区的温度可达10000℃以上，使 材料熔化甚至气化，这就是激光加工 。
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2
•
激光通过光学系统聚焦后可得到柱状或 带状光束，而且光束的粗细可根据加工需要调 整，当激光照射在工件的加工部位时，工件材 料迅速被熔化甚至气化。随着激光能量的不断 被吸收，材料凹坑内的金属蒸气迅速膨胀，压 力突然增大，熔融物爆炸式地高速喷射出来， 在工件内部形成方向性很强的冲击波。因此， 激光加工是工件在光热效应下产生高温熔融和 受冲击波抛出的综合作用过程。
1960年美国研制成功世界上第一台可用激光加 工的激光器，截止今天激光加工已形成一种重要的 新兴产业。
1.激光的产生及特性
• 1.1 激光的产生 • 光的产生与光源内部原子运动状态有关，原子内 的原子核和核外电子间存在着吸引和排斥的矛盾 ，电子按一定的半径的轨道围绕原子核运动。当 原子接受一定的外来的能量或向外释放一定的能 量时，核外电子的运动轨道半径将发生变化，即 产生能级变化，当被激发到高能级，但这时的原 子不稳定总是试图回到低能级，当原子从高能级 跃迁到低能级时，常常以光子的形式辐射出光能 量，这就是发光的原理。
先进制造技术5激光加工.ppt
（2）钕玻璃激光器 工作介质为掺有少量氧化钕的 非晶体硅酸玻璃，发射λ=1.06μm的红外激光；
（3）掺钕钇铝石榴石（YAG）激光器 工作介质为 掺有1.5％左右钕的钇铝石榴石晶体，发射 λ=1.06μm的红外激光。
二、激光加工常用激光器
（二）气体激光器
一般采用电激励，效率高、寿命长、连续输出功率大， 广泛用于切割、焊接、热处理等加工。常用于材料加工 的气体激光器有二氧化碳激光器、氩离子激光器等：
一、激光打孔
3. 焦点位置
一、激光打孔
4. 光斑内的能量分布
一、激光打孔
5. 激光的照射次数
一、激光打孔
6. 工件材料
二、激光切割
原理
激光切割的原理和激光打孔原理基本相同。所不同的是， 工件与激光束要相对移动。
激光器
采用重复频率较高的脉冲激光器或连续输出的激光器。
但连续输出的激光束会因热传导而使切割效率降低，同 时热影响层也较深。因此，在精密机械加工中，一般都 采用高重复频率的脉冲激光器。
五、激光热处理
激光热处理与火焰淬火，感应淬火等成熟工艺相比具有以 下优点： （1）加热快、热影响小、工件变形小； （2）可以对形状复杂的零件或局部处理，如盲孔底等； （3）因加热点小，散热快，形成自淬火，不需冷却介 质。不仅节省能源，并且工作环境清洁。
缺点 硬化层浅，一般小于1mm，只是一种表面处理方法。
100至1000W
打孔、焊接
打孔、切割、 焊接、微调
脉冲 连续
几J
几十至几千 W
切割、焊接、 热处理、微调
光盘录刻存贮
二、激光加工常用激光器
（一）固体激光器
组成
二、激光加工常用激光器
二、激光加工常用激光器
（3）掺钕钇铝石榴石（YAG）激光器 工作介质为 掺有1.5％左右钕的钇铝石榴石晶体，发射 λ=1.06μm的红外激光。
二、激光加工常用激光器
（二）气体激光器
一般采用电激励，效率高、寿命长、连续输出功率大， 广泛用于切割、焊接、热处理等加工。常用于材料加工 的气体激光器有二氧化碳激光器、氩离子激光器等：
一、激光打孔
3. 焦点位置
一、激光打孔
4. 光斑内的能量分布
一、激光打孔
5. 激光的照射次数
一、激光打孔
6. 工件材料
二、激光切割
原理
激光切割的原理和激光打孔原理基本相同。所不同的是， 工件与激光束要相对移动。
激光器
采用重复频率较高的脉冲激光器或连续输出的激光器。
但连续输出的激光束会因热传导而使切割效率降低，同 时热影响层也较深。因此，在精密机械加工中，一般都 采用高重复频率的脉冲激光器。
五、激光热处理
激光热处理与火焰淬火，感应淬火等成熟工艺相比具有以 下优点： （1）加热快、热影响小、工件变形小； （2）可以对形状复杂的零件或局部处理，如盲孔底等； （3）因加热点小，散热快，形成自淬火，不需冷却介 质。不仅节省能源，并且工作环境清洁。
缺点 硬化层浅，一般小于1mm，只是一种表面处理方法。
100至1000W
打孔、焊接
打孔、切割、 焊接、微调
脉冲 连续
几J
几十至几千 W
切割、焊接、 热处理、微调
光盘录刻存贮
二、激光加工常用激光器
（一）固体激光器
组成
二、激光加工常用激光器
二、激光加工常用激光器
先进制造技术激光加工技术ppt
激光加工技术在先进制造中的发展前景
01
精密制造与超精密制造
随着制造业的不断升级，精密制造与超精密制造已成为发展的重要趋
势。激光加工技术能够实现高精度、高质量的制造，如光学元件、半
导体芯片等精密器件的制造，具有广泛的应用前景。
02
柔性制造与个性化定制
随着消费者需求的多样化，柔性制造与个性化定制已成为制造业的重
技术要求高
激光加工技术的操作需要专业的技术人员，对技术人员的技能 要求较高。
加工材料有限
激光加工技术适用于金属、塑料等材料，对于一些特殊材料， 如玻璃、陶瓷等则较难实现加工。
如何克服激光加工技术的局限性
加强技术研发
通过加强技术研发，不断优化激光加工技术的设备及工 艺，降低成本，提高效率。
加强技术培训
激光加工技术的特点
高能量密度、高精度、低热影响区、加工速度快、可加工材 料范围广、加工质量好等。
激光加工技术的发展历程
第一阶段
第二阶段
20世纪60年代，激光器的诞生，标志着激 光加工技术的开始。
20世纪70年代，激光加工技术开始进入工 业应用，出现了激光切割、焊接、表面处理 等技术。
第三阶段
第四阶段
先进制造技术激光加工技术ppt
xx年xx月xx日
目录
• 激光加工技术概述 • 激光加工技术在先进制造中的应用 • 激光加工技术的工艺及设备 • 激光加工技术的优势及局限性 • 激光加工技术在先进制造中的发展趋势和前景 • 案例分析
01
激光加工技术概述
激光加工技术的定义与特点
激光加工技术的定义
激光加工技术是一种利用高能激光束照射在材料表面，实现 材料熔化、汽化、冲击等过程，从而对材料进行切割、焊接 、表面处理、打孔等加工的技术。
先进激光加工技术(上)ppt课件
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交通领域中的应用
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（汽车制造）
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22
Audi A2 焊接
Laser welds
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23
汽车焊接件
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（航空领域）
1. 激光焊接
高强铝合金激光焊接已应用于空客A380，机身减重18%，成本下 降21.4%-24.3%
2. 激光分离
内容
1. 引言 2. 工业用激光器 3. 激光加工基本物理过程 4. 激光加工典型应用
在宏观制造领域中的应用 微细加工领域的应用 激光增材制造技术（3D打印技术）
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一、引 言
• 1960年世界上第一台激光器诞生，随后各种激光器层出不 穷，如气体、液体、固体、化学、准分子、半导体激光器 和光纤激光器等。
• 功率密度对靶材的影响：
103～104 W/cm2，加热
104～106 W/cm2，熔融
106～108 W/cm2，气化
靶
108～1010 W/cm2，等离子体
烧蚀蒸汽
激光束
激光加工：热加工，冷加工
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5
相互作用机理研究尚待深入
• 激光与材料的相互作用过程十分复杂：靶材的多 样化，作用激光参数的多样化，作用条件的多样 化。
( 1 R ) P s t od 0 [ c s ( T v T 0 ) ( L n L v )]
1. 激光功率密度越高，所需气化时间越短。
2. 气化时间比熔化时间高出一个数量级，主要原因是 沸点比熔点高很多，且气化潜热比熔融潜热大一个 数量级。
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举例：铝材料
《激光加工技术》ppt课件
求在这些材料上打出又小又深的孔，例如，
钟表或仪表的宝石轴承，钻石拉丝模具， 化学纤维的喷丝头以及火箭或柴油发动机
中的燃料喷嘴等。这类加工任务，用常规 的机械加工方法很困难，有的甚至是不可 能的，而用激光打孔，那么能比较好地完 成任务。
激光打孔中，要详细理解打孔的材
料及打孔要求。从理论上讲，激光可以在任
何材料的不同位置，打出浅至几微米，深至
二十几毫米以上的小孔，但详细到某一台打
孔机，它的打孔范围是有限的。所以，在打
孔之前，最好要对现有的激光器的打孔范围
进展充分的理解，以确定能否打孔。
激光打孔的质量主要与激光器输出功
率和照射时间、焦距与发散角、焦点位置、
光斑内能量分布、照射次数及工件材料等因
素有关。在实际加工中应合理选择这些工艺
展激光焊接。激光焊接一般无需焊料和焊剂，
只需将工件的加工区域“热熔〞在一起即可， 如图7-12所示。
激光焊接速度快，热影响区小，焊接
质量高，既可焊接同种材料，也可焊接异种
材料，还可透过玻璃进展焊接。
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1 — 激 光 ； 2 — 被 焊 接 零 件 ； 3 — 被 熔 化 金 属 ； 4 — 已 冷 却 的 熔 池
由内向外挪动，激光束便相应地熔化金
属层，使图像与声音记录下来。加工机
理是用激光热效应，是激光去除加工。
例。
淬硬表面
淬硬表面
(a) 圆 锥 表 面
(b) 铸 铁 凸 轮 轴 表 面
图5 激光外表强化处理应用实例
6〕 激光存储
是利用激光进展视频、音频、文
字资料、计算机信息等的存取。激光电
视唱片的制作可分为原版录制和复制两
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7.1 激光热加工原理
如图7-2所示，为等离子云变化的过程：
当激光功率较小(<106Ｗ/ｃｍ2)时，产生的等离子体是稀疏的。它依附于工件表面， 对于激光束是近似透明的。当激光束功率密度处于106～107Ｗ/ｃｍ2范围时，等离 子体明显增强，表现出对激光束的吸收、反射和折射作用。这种情况下等离子体向 工件上方和周围扩展较强，在工件上方形成稳定的近似球形的云团。当功率密度进 一步提高达到107Ｗ/ｃｍ2以上时，等离子体强度和空间位置呈周期性变化
2.图7-10给出了激光熔凝处理后，T10钢 表面显微硬度沿深度方向的分布。
图7-9 激光熔凝处理后横截面组织示意图
图7-10 T10钢激光熔凝层显微硬度沿淬硬层深度的分布
9
7.2.3 激光熔覆技术
1.激光熔覆(Laser Cladding)技术是一种新的表面改性技术。它通过在基材表面添 加熔覆材料，利用高功率密度的激光束使之与基材表面一起熔凝的方法，在基材 表面形成合金化的熔覆层，以改善其表面性能的工艺。 2.激光熔覆工艺依据材料的添加方式不同，分为预置涂层法和同步送料法。 3.预置涂层法工艺是先在基材表面预置一层金属或者合金，然后用激光使其熔 化，获得与基材冶金结合的熔覆层。 4.同步送料法指在激光束照射基材的同时，将待熔覆的材料送入激光熔池，经 熔融、冷凝后形成熔覆层的工艺过程。。
3. 激光淬火可以使工件表层0.1到1.0mm范围内的组 织结构和性能发生明显变化。图7-4所示为45钢表 面激光淬火区横截面金相组织图
图7-4 钢表面激光淬火区横截面金相组织图
图7-3 柔性激光加工系统示意图
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7.2.1 激光淬火技术的原理与应用
4.图7-5所示为该淬火区显微硬度沿深度方向的分布曲线
速，现已在国内建立了数十条激光淬火生产线。如长春第一汽车集团公
司和北京吉普车公司先后将激光淬火技术用于汽车缸套内壁强化。激光
淬火后，缸体耐磨性比电火花强化缸套提高约1倍。北京某公司对汽车发
动机缸体进行激光硬化处理，将使用寿命提高3倍。
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7.2.2 激光表面熔凝技术
1.用激光束将表面熔化而不加任何合金元素，以达到表面组织改善的目的。有些铸锭 或铸件的粗大树枝状结晶中常有氧化物和硫化物夹杂、金属化合物及气孔等缺陷。 如果这些缺陷处于表面部位就会影响到疲劳强度，耐腐蚀性和耐磨性。用激光作表 面重熔就可以把杂质、气孔、化合物释放出来，同时由于迅速冷却使晶粒得到细化。 与激光淬火工艺相比，激光熔凝处理的关键是使材料表面经历了一个快速熔化一凝 固过程，所获得的熔凝层为铸态组织。工件横截面沿深度方向的组织依次为：熔凝 层、相变硬化层、热影响区和基材，如图7-9所示。
图7-11 同步送料法激光熔覆示意图
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7.3 激光去除材料技术
激光去除材料是改变材料的尺寸或形状的 激光加工工艺，是一种激光尺寸加工方法。
激光去除材料的机制主要分两种，一种完 全取决于激光与材料相互作用，例如材料 气化、材料蒸发；另一种在激光与材料相 互作用同时还采用一些辅助方法，例如氧 化、气吹。
视频：激光打孔机
12
7.3.1 激光打孔
2. 激光打孔工艺参数的影响 ※ 脉冲宽度对打孔的影响 ：脉冲宽度对打孔深度、孔径、孔形的影响较大。窄 脉冲能够得到较深而且较大的孔；宽脉冲不仅使孔深度、孔径变小，而且使孔的 表面粗糙度变大，尺寸精度下降。 ※ 激光打孔中离焦量对打孔的影响 当激光聚焦于材料上表面时，打出的孔比较深，锥度较小。在焦点处于表面下某一 位置时相同条件下打出的孔最深；而过分的入焦和离焦都会使得激光功率密度大大 降低，以至打成盲孔（图7-15）。
激光热加工现在已发展得比较成熟，本章主要讨 论与激光热加工有关的问题。
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7.1 激光热加工原理
1.无论是哪一种激光加工的方法，都要将一定功率激光束聚焦于被加工物体上， 使激光与物质相互作用。在不同激光参数下的各种加工的应用范围如图
图7-1 各种参数条件下激光加工的可能应用和影响
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7.1 激光热加工原理
图7-2 等离子云变化的过程
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7.2.1 激光淬火技术的原理与应用
1.激光淬火技术，又称激光相变硬化，它利用聚焦后的激光束照射到钢铁材料表 面，使其温度迅速升到相变点以上。当激光移开后，由于仍处于低温的内层材料 的快速导热作用，使表层快速冷却到马氏体相变点以下，获得淬硬层。
2.图7-3 为一台柔性激光加工系统的示意图ห้องสมุดไป่ตู้它通过五维运动的工作头把激光照 射到被加工的表面，在计算机控制下直接扫描被加工表面完成激光淬火
基于激光去除材料的加工方法有激光打孔 和激光切割两种。
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7.3.1 激光打孔
1.激光打孔原理：激光打孔机的基本结构包括激光器、加工头、冷却系统、数控 装置和操作面盘（图7-13）。加工头将激光束聚焦在材料上需加工孔的位置，适 当选择各加工参数，激光器发出光脉冲就可以加工出需要的孔。
图7-13 激光打孔机的基本结构示意图
1.对激光与材料的相互作用过程的物理描述可以分为以下四个方面： (1) 材料对激光的吸收 (2) 材料的加热 (3) 材料的熔化与汽化 (4) 激光等离子体屏蔽现象 ➢激光作用于靶表面，引发蒸汽，蒸汽继续吸收激光能量，使温度升高，最后 在靶表面产生高温高密度的等离子体。等离子体迅速向外膨胀，在此过程中继 续吸收入射激光，阻止激光到达靶面，切断了激光与靶的能量耦合。
激光加工技术详解演示文稿
优选激光加工技术
激光加工已经成为21世纪先进制造技术不可缺少 的一部分。
激光加工指的是激光束作用于物体表面而引起的 物体变形或改性的加工过程。按照光与物质作用 的机理，可分为激光热加工与激光光化学反应加 工。激光热加工是基于激光束照射物体所引起的 快速热效应的各种加工过程。激光光化学反应是 借助于高密度高能光子引发或控制光化学反应的 各种加工过程。
图7-5该淬火区显微硬度沿深度方向的分布曲线图
早在1974年，美国通用汽车公司在世界上最先将激光淬火技术应用于汽
车转向器壳体的表面强化，实现大批量工业化生产。壳体的材料为可锻
铸铁，精度要求高，淬火费用仅为高频感应加热淬火和渗氮处理的l／5。
我国激光淬火技术研究在二十世纪八十年代初期开始起步，发展十分迅
7.1 激光热加工原理
如图7-2所示，为等离子云变化的过程：
当激光功率较小(<106Ｗ/ｃｍ2)时，产生的等离子体是稀疏的。它依附于工件表面， 对于激光束是近似透明的。当激光束功率密度处于106～107Ｗ/ｃｍ2范围时，等离 子体明显增强，表现出对激光束的吸收、反射和折射作用。这种情况下等离子体向 工件上方和周围扩展较强，在工件上方形成稳定的近似球形的云团。当功率密度进 一步提高达到107Ｗ/ｃｍ2以上时，等离子体强度和空间位置呈周期性变化
2.图7-10给出了激光熔凝处理后，T10钢 表面显微硬度沿深度方向的分布。
图7-9 激光熔凝处理后横截面组织示意图
图7-10 T10钢激光熔凝层显微硬度沿淬硬层深度的分布
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7.2.3 激光熔覆技术
1.激光熔覆(Laser Cladding)技术是一种新的表面改性技术。它通过在基材表面添 加熔覆材料，利用高功率密度的激光束使之与基材表面一起熔凝的方法，在基材 表面形成合金化的熔覆层，以改善其表面性能的工艺。 2.激光熔覆工艺依据材料的添加方式不同，分为预置涂层法和同步送料法。 3.预置涂层法工艺是先在基材表面预置一层金属或者合金，然后用激光使其熔 化，获得与基材冶金结合的熔覆层。 4.同步送料法指在激光束照射基材的同时，将待熔覆的材料送入激光熔池，经 熔融、冷凝后形成熔覆层的工艺过程。。
3. 激光淬火可以使工件表层0.1到1.0mm范围内的组 织结构和性能发生明显变化。图7-4所示为45钢表 面激光淬火区横截面金相组织图
图7-4 钢表面激光淬火区横截面金相组织图
图7-3 柔性激光加工系统示意图
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7.2.1 激光淬火技术的原理与应用
4.图7-5所示为该淬火区显微硬度沿深度方向的分布曲线
速，现已在国内建立了数十条激光淬火生产线。如长春第一汽车集团公
司和北京吉普车公司先后将激光淬火技术用于汽车缸套内壁强化。激光
淬火后，缸体耐磨性比电火花强化缸套提高约1倍。北京某公司对汽车发
动机缸体进行激光硬化处理，将使用寿命提高3倍。
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7.2.2 激光表面熔凝技术
1.用激光束将表面熔化而不加任何合金元素，以达到表面组织改善的目的。有些铸锭 或铸件的粗大树枝状结晶中常有氧化物和硫化物夹杂、金属化合物及气孔等缺陷。 如果这些缺陷处于表面部位就会影响到疲劳强度，耐腐蚀性和耐磨性。用激光作表 面重熔就可以把杂质、气孔、化合物释放出来，同时由于迅速冷却使晶粒得到细化。 与激光淬火工艺相比，激光熔凝处理的关键是使材料表面经历了一个快速熔化一凝 固过程，所获得的熔凝层为铸态组织。工件横截面沿深度方向的组织依次为：熔凝 层、相变硬化层、热影响区和基材，如图7-9所示。
图7-11 同步送料法激光熔覆示意图
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7.3 激光去除材料技术
激光去除材料是改变材料的尺寸或形状的 激光加工工艺，是一种激光尺寸加工方法。
激光去除材料的机制主要分两种，一种完 全取决于激光与材料相互作用，例如材料 气化、材料蒸发；另一种在激光与材料相 互作用同时还采用一些辅助方法，例如氧 化、气吹。
视频：激光打孔机
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7.3.1 激光打孔
2. 激光打孔工艺参数的影响 ※ 脉冲宽度对打孔的影响 ：脉冲宽度对打孔深度、孔径、孔形的影响较大。窄 脉冲能够得到较深而且较大的孔；宽脉冲不仅使孔深度、孔径变小，而且使孔的 表面粗糙度变大，尺寸精度下降。 ※ 激光打孔中离焦量对打孔的影响 当激光聚焦于材料上表面时，打出的孔比较深，锥度较小。在焦点处于表面下某一 位置时相同条件下打出的孔最深；而过分的入焦和离焦都会使得激光功率密度大大 降低，以至打成盲孔（图7-15）。
激光热加工现在已发展得比较成熟，本章主要讨 论与激光热加工有关的问题。
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7.1 激光热加工原理
1.无论是哪一种激光加工的方法，都要将一定功率激光束聚焦于被加工物体上， 使激光与物质相互作用。在不同激光参数下的各种加工的应用范围如图
图7-1 各种参数条件下激光加工的可能应用和影响
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7.1 激光热加工原理
图7-2 等离子云变化的过程
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7.2.1 激光淬火技术的原理与应用
1.激光淬火技术，又称激光相变硬化，它利用聚焦后的激光束照射到钢铁材料表 面，使其温度迅速升到相变点以上。当激光移开后，由于仍处于低温的内层材料 的快速导热作用，使表层快速冷却到马氏体相变点以下，获得淬硬层。
2.图7-3 为一台柔性激光加工系统的示意图ห้องสมุดไป่ตู้它通过五维运动的工作头把激光照 射到被加工的表面，在计算机控制下直接扫描被加工表面完成激光淬火
基于激光去除材料的加工方法有激光打孔 和激光切割两种。
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7.3.1 激光打孔
1.激光打孔原理：激光打孔机的基本结构包括激光器、加工头、冷却系统、数控 装置和操作面盘（图7-13）。加工头将激光束聚焦在材料上需加工孔的位置，适 当选择各加工参数，激光器发出光脉冲就可以加工出需要的孔。
图7-13 激光打孔机的基本结构示意图
1.对激光与材料的相互作用过程的物理描述可以分为以下四个方面： (1) 材料对激光的吸收 (2) 材料的加热 (3) 材料的熔化与汽化 (4) 激光等离子体屏蔽现象 ➢激光作用于靶表面，引发蒸汽，蒸汽继续吸收激光能量，使温度升高，最后 在靶表面产生高温高密度的等离子体。等离子体迅速向外膨胀，在此过程中继 续吸收入射激光，阻止激光到达靶面，切断了激光与靶的能量耦合。
激光加工技术详解演示文稿
优选激光加工技术
激光加工已经成为21世纪先进制造技术不可缺少 的一部分。
激光加工指的是激光束作用于物体表面而引起的 物体变形或改性的加工过程。按照光与物质作用 的机理，可分为激光热加工与激光光化学反应加 工。激光热加工是基于激光束照射物体所引起的 快速热效应的各种加工过程。激光光化学反应是 借助于高密度高能光子引发或控制光化学反应的 各种加工过程。
图7-5该淬火区显微硬度沿深度方向的分布曲线图
早在1974年，美国通用汽车公司在世界上最先将激光淬火技术应用于汽
车转向器壳体的表面强化，实现大批量工业化生产。壳体的材料为可锻
铸铁，精度要求高，淬火费用仅为高频感应加热淬火和渗氮处理的l／5。
我国激光淬火技术研究在二十世纪八十年代初期开始起步，发展十分迅