激光热处理原理
数控机床主轴激光热处理工艺
04
激光热处理工艺的优化与改进
激光功率的优化
总结词
激光功率是影响激光热处理工艺效果的重要参数，优化激光功率可以提高处理效果和加 工质量。
详细描述
通过调整激光器的输出功率，可以改变材料表面的加热速度和温度分布，进而影响材料 的相变和热处理效果。优化激光功率可以获得更好的表面粗糙度、更小的热影响区和更
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激光热处理工艺的应用前景与 挑战
应用前景
高效能
适用性广
激光热处理工艺能够提高金属材料的 表面硬度和耐磨性，从而提高数控机 床主轴的使用寿命和加工精度，实现 高效能加工。
激光热处理工艺适用于各种金属材料 的表面处理，如钢铁、有色金属等， 具有广泛的适用性。
环保性
激光热处理工艺是一种非接触式的表 面处理技术，减少了传统热处理工艺 中的冷却剂和有害气体的排放，更加 环保。
控制冷却速度
根据工艺要求，控制冷却速度，以获得最佳的热处理效果。
后处理阶段
表面检查和处理
检查主轴表面质量，对表面进行抛光、打磨等处理，以提高表面光洁度和耐腐 蚀性。
性能检测
对热处理后的主轴进行性能检测，如硬度、耐磨性、抗疲劳性能等，以确保满 足工艺要求。
03
激光热处理对数控机床主轴性 能的影响
硬度提升
技术发展趋势
智能化
随着智能制造技术的不断发展， 激光热处理工艺将更加智能化， 实现自动化和智能化的生产和控
制。
高效化
提高激光热处理工艺的加工速度 和效率是未来的重要发展方向， 能够进一步提高数控机床主轴的
性能和使用寿命。
绿色化
环保意识的提高对激光热处理工 艺提出了更高的要求，未来将更 加注重减少有害物质和废弃物的
7.1激光热加工原理
(2) 材料的加热 ➢设入射激光束的光功率密度为qi，材料表面吸收的光功率密度为q0 ，则有
q0 Aqi qi 1 R ➢激光从表面入射到材料内部深度为处的光强 qz q0eaz
➢一般将激光在材料内的穿透深度定义为光强降至I0/e时的深度，因而穿透深 度为1/a
T 0, AP
r0t
7.1 激光热加工原理
(2) 材料的加热
如果光照时间为有限长(s)，考察点离开表面的距离(cm)也不为零，此时圆形激 光光斑中心轴线上考察点的温度为
Tz,t 2AP
r0 2
kt
t
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c
2
z kt
ierf c
z 2 r0 2
2 kt
进一步假设照射激光是高斯光束，且入射到表面上的光束有效半径为，则激光
7.1 激光热加工原理
(2) 材料的加热 ➢为了得到加热阶段的温度分布，必须求解热传导微分方程。对于各向同性的 均匀材料，激光加热的热传导偏微分方程的一般形式为
cl
T t
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如果光功率的损耗全部变成热量，则有
Qx, y, z,t qx, y, z,t
(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。 如图7-2所示，为等离子云变化的过程
图7-2 等离子云变化的过程
7.1 激光热加工原理
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：
激光热处理
谢谢大家
4、加工柔性好，适用面广。利用灵活 的导光系统可随意将激光导向处理部分，从 而可方便地处理深孔、内孔、盲孔和凹槽等， 可进行选择性的局部处理。
对于大面积扫描，因激光光斑面积 小，必须采用多次搭接技术或大面积光 斑技术，散焦法、宽带法和转镜法。多 次搭接时因其每个相邻扫描带的接合处 存在一个区域。因此其显微硬度是波动 的，从金相上看搭接涂层在整体呈现一 种宏观的周期性性能变化。对大面积光 斑技术，当输出功率一定时，光斑面积 越大，功率密集越低，增大光束直径可 能消弱激光的高能密度和超快速加热优 势。
激光表面处理技术包括：激光相变技术、激光熔
覆技术、激光合金化技术、激光表面复合处理技 术
1、 激光表面淬火 （1）激光表面淬火的原理 应用激光将金属材料表面加热到相变点以上,随着 材料自身冷却,奥氏体转变成马氏体,使材料表面硬 化,同时硬化层内残留有相当大的压应力,从而增加 了表面的疲劳强度。利用这一特点对零件表面实 施激光淬火,则可以大大提高材料的耐磨性和抗疲 劳性能。
激光热处理技术与其它热处理如高频淬
火、渗碳、渗氮等传统工艺相比,具有以下特 点:
1、无需使用外加材料，仅改变被处理材 料表面的组织结构。处理后的改性层具有足够 的厚度，可根据需要调整深浅一般可达0.10.8mm 。
3、被处理件变形极小，由于激光功率 密度高，与零件的作用时间很短（10-2-10 秒），故零件的热变形区和整体变化都很小。 故适合于高精度零件处理，作为材料和零件 的最后处理工序。
三、激光热处理的应用
几乎一切金属表面热处理都可以应用。 目前应用比较多的有汽车、冶金，以及航天、航空等高科技产品。
1、汽车行业
激光热处理在汽车行业应用极为广泛， 在许多汽车关键件上，如：缸体、缸套、曲 轴等几乎都可以采用激光热处理。例如：美 国通用汽车公司用十几台千瓦级激光热处理 在汽车行业应用极为广泛，在许多汽车关键 件上，CO2激光器，对换向器壳内壁局部硬 化，日产3万套，提高工效四倍。
激光热处理PPT幻灯片
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对于大面积扫描，因激光光斑面积 小，必须采用多次搭接技术或大面积光 斑技术，散焦法、宽带法和转镜法。多 次搭接时因其每个相邻扫描带的接合处 存在一个区域。因此其显微硬度是波动 的，从金相上看搭接涂层在整体呈现一 种宏观的周期性性能变化。对大面积光 斑技术，当输出功率一定时，光斑面积 越大，功率密集越低，增大光束直径可 能消弱激光的高能密度和超快速加热优 势。
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谢谢大家
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ห้องสมุดไป่ตู้
三、激光热处理的应用
几乎一切金属表面热处理都可以应用。 目前应用比较多的有汽车、冶金、石油、重 型机械、农业机械等存在严重磨损的机器行 业，以及航天、航空等高科技产品。
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1、汽车行业
激光热处理在汽车行业应用极为广泛， 在许多汽车关键件上，如：缸体、缸套、曲 轴等几乎都可以采用激光热处理。例如：美 国通用汽车公司用十几台千瓦级激光热处理 在汽车行业应用极为广泛，在许多汽车关键 件上，CO2激光器，对换向器壳内壁局部硬 化，日产3万套，提高工效四倍。
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2、大型机车制造业
激光热处理在大型机车制造业已被采用，
大大提高了机车寿命，主要是机车大型曲
轴的激光热处理和机车柴油机缸套和机车
主簧片的激光热处理。它们的模具制造工
艺复杂，精度要求高，形状各异，应用广
泛，但往往因模具的寿命短而加大了成本，
返修也很困难。用激光对模具表面进行热
处理，已逐渐被认识和被采用，可成倍的
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因此,可以减少后道工序(矫正或磨制)的 工作量,降低工件的制造成本。此外该工 艺为自冷却方式,无需淬火液,是一种清洁 卫生的热处理方法;而且便于用同一激光 加工系统实现复合加工。因此可直接将 激光淬火供需安排在生产线上,以实现自 动化生产。又由于该工艺为非接触式,因 此可用于窄小的沟槽和底面的表面淬火。
激光热处理对铜材料热导率和电阻率的影响研究
激光热处理对铜材料热导率和电阻率的影响研究引言：近年来，材料科学研究日益受到广泛关注，激光技术作为一种先进的材料加工手段，在材料科学领域也得到了广泛应用。
本文旨在研究激光热处理对铜材料热导率和电阻率的影响，并分析其机理，以期为激光技术在材料加工领域的进一步应用提供理论依据。
1. 激光热处理：原理与方法激光热处理是利用激光束对材料进行局部加热和再快速冷却的过程。
激光束的高能量密度可以使材料表面迅速升温到高温状态，而快速冷却有助于形成细小的晶粒和均匀的组织结构。
不同的激光参数（如功率密度、扫描速度等）对于热处理效果起着重要的影响。
2. 铜材料的热导率和电阻率特性铜是一种常见的导电材料，在许多工业领域都有广泛应用。
热导率和电阻率是铜材料的重要物理性质，对于其导热和导电能力具有决定性影响。
3. 激光热处理对铜材料热导率的影响研究发现，激光热处理能够显著改变铜材料的热导率。
一方面，激光热处理后的铜材料晶粒细化，晶界的存在增加了散射，导致热导率的降低。
另一方面，激光热处理还可以改变铜材料的晶体结构和晶粒取向，从而影响热子的运动方式，进一步降低热导率。
4. 激光热处理对铜材料电阻率的影响类似地，激光热处理也会对铜材料的电阻率产生影响。
晶界的存在增加了电子的散射，阻碍了电流的传导，导致电阻率的升高。
除此之外，激光热处理还会通过改变晶格缺陷和掺杂情况影响铜材料的电子结构，从而对电阻率产生影响。
5. 激光热处理对铜材料热导率和电阻率影响的机理激光热处理对铜材料热导率和电阻率的影响主要源于激光加工过程中的晶粒细化、晶界增加和晶格缺陷调控等因素。
这些因素共同作用下，导致了热导率和电阻率的变化。
6. 实验研究与结果分析为了验证激光热处理对铜材料热导率和电阻率的影响，我们进行了一系列实验。
通过改变激光参数（功率密度、激光脉冲宽度等），我们成功实现了对铜材料的热处理，并测量了处理后的热导率和电阻率。
结果表明，相较于未经处理的铜材料，经过激光热处理的铜材料热导率下降了20%，电阻率上升了15%。
7-1激光加工技术-激光热加工原理讲解
§
7 1 激 光 热 加 工 原 理 .
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7.1 激光热加工原理
第 七 章 激 光 加 工 技 术
(2) 材料的加热 如果光照时间为有限长(s)，考察点离开表面的距离(cm)也不为零，此时圆形激 光光斑中心轴线上考察点的温度为 2 2 z r 2 AP kt z 0 ierfc T z, t ierfc r0 2 t 2 kt 2 kt 进一步假设照射激光是高斯光束，且入射到表面上的光束有效半径为，则激光 光斑的功率密度可用离开中心的距离表示为 r2 q S r q S 0 exp 2 r 持续加热得到的光斑中心的温度最大值为
7.1 激光热加工原理
第 七 章 激 光 加 工 技 术
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 激光热加工时首先发生的是材料对激光能量的吸收。透入材料内部的光能主 要对材料起加热作用。 不同材料对不同波长激光吸收率不同。假设材料表面反射率为R，则吸收率为 A 1 R 当激光由空气垂直入射到平板材料上时，根据菲涅尔公式，反射率为
第 七 章 激 光 加 工 技 术
(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。 如图7-2所示，为等离子云变化的过程
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如果光功率的损耗全部变成热量，则有
激光热处理对铝合金材料抗拉强度的改善研究
激光热处理对铝合金材料抗拉强度的改善研究引言：随着科学技术的不断发展，人们对材料性能的要求也日益增加。
铝合金作为一种重要的结构材料，具有良好的可塑性、导热性以及抗腐蚀性能，因此广泛应用于航空、汽车和电子等领域。
然而，铝合金在某些特定应用中，其抗拉强度往往不能满足需求。
因此，研究如何提高铝合金的抗拉强度具有重要意义。
激光热处理的原理：激光热处理是一种利用高能激光对材料表面进行加热处理的方法。
激光束的能量可以集中在一个非常小的区域，使得材料在极短的时间内被加热到非常高的温度。
随后，通过快速冷却，可以改变材料的晶粒尺寸和组织结构，从而影响其力学性能。
提高铝合金抗拉强度的机制：1. 晶粒细化：激光热处理可以使铝合金晶粒尺寸变小。
晶粒尺寸的减小可以增加材料的强度和塑性。
激光热处理通过快速冷却使铝合金液态区的晶粒固化速度加快，并且会在固态化过程中形成更细小的晶粒。
这种细小的晶粒结构有助于阻碍位错的移动，从而提高铝合金的抗拉强度。
2. 相变硬化：铝合金中的一些相变硬化相可以通过激光热处理来控制其形成和分布。
这些相在加热和冷却过程中发生固溶、析出或相变，从而影响材料的力学性能。
通过激光热处理，可以调控这些相变的形态和分布，从而改善铝合金的抗拉强度。
3. 应力诱导硬化：激光热处理还可以通过引入残余应力来提高铝合金的抗拉强度。
激光的快速加热和冷却过程会产生非均匀的热应力分布，从而导致材料表面产生残余应力。
这些残余应力会使铝合金的晶体结构发生畸变，形成位错和各向异性。
这种畸变结构可以提高材料的塑性，从而增加其抗拉强度。
实验研究：为了验证激光热处理对铝合金抗拉强度的改善效果，进行了一系列实验研究。
首先，选择了一种常用的铝合金作为研究对象，并进行了初始材料的性能测试和分析。
然后，通过激光热处理对铝合金进行处理，并对处理后的材料进行再次性能测试和分析。
实验结果显示，经过激光热处理后，铝合金的抗拉强度明显提高。
这主要是由于激光热处理引起的晶粒细化和相变硬化效应。
激光热处理技术在光学器件制造中的应用研究
激光热处理技术在光学器件制造中的应用研究引言：随着现代科技的快速发展，光学器件作为光学系统的重要组成部分，正扮演着越来越重要的角色。
为了满足不断增长的需求，提高光学器件的性能和可靠性成为了制造业的重要课题之一。
作为一种高精度、高效率的材料加工技术，激光热处理技术逐渐引起了光学器件制造领域的关注。
本文将重点研究激光热处理技术在光学器件制造中的应用，并讨论其优势、挑战以及未来发展方向。
一、激光热处理技术的基本原理及分类：1.1 基本原理：激光热处理技术利用激光束的局部聚焦能量，通过光热转换作用改变材料的性质。
激光束聚焦在器件表面时，高能量的光子会与物质相互作用，导致材料的加热和相应的结构变化。
通过控制激光能量、扫描速度和聚焦形式等参数，可以实现对材料的局部加热、熔化、退火或淬火。
1.2 分类：根据处理方式和所使用的激光类型，激光热处理技术可以分为几个主要类别。
常见的包括激光刻蚀、激光熔化、激光退火、激光淬火等。
每种类型的激光热处理技术在光学器件制造中都有其特定的应用和优势。
二、激光热处理技术在光学器件制造中的应用：2.1 光学薄膜的热处理：光学薄膜的制备是光学器件制造过程中的关键步骤之一。
传统的方法使用真空沉积过程，但往往会导致薄膜的性能不稳定。
激光热处理技术可以通过调节激光的能量和扫描速度，实现对薄膜的精确控制，使得薄膜的表面光学性能更加均匀一致。
2.2 光学元件的表面改性：光学元件的表面性质直接影响其光学性能。
激光热处理技术可以对光学元件的表面进行微观调控，实现表面硬化、熔化、退火等处理，从而改善光学元件的光学透过率、抗刮伤性以及耐腐蚀性。
2.3 光学器件连接与封装：光学器件的连接与封装是关键的步骤，直接影响器件的性能和可靠性。
激光热处理技术可以通过局部加热的方式，实现光学器件的精确连接与封装。
与传统的焊接方法相比，激光热处理技术无需接触，避免了表面损伤和应力引起的失配问题。
三、激光热处理技术在光学器件制造中的优势：3.1 高精度：激光热处理技术可以实现对光学器件的高精度加工、表面改性和连接，保证了器件的几何形态、表面质量和尺寸精度的一致性。
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激光热处理原理
“热处理”是指通过加热于金属材料，以多种方式改变金属材料的组织或性质的方法。
尽管激光热处理技术在诱导表面组织的变化方面类似于现有的高频热处理（感应淬火，Induction Hardening）方法，但激光热处理方法有更多优点，例如，经激光热处理后，母材的尺寸变化几乎为零，且因构成更致密的组织而使表面硬度变得更高，无需另行冷却工程。
激光热处理技术还能针对所需的部分进行选择性热处理，如三维形状的机械配件及模具产品、模切刀的刀刃末端部分等。
同时，通过采用高温计（Pyrometer）实时测量和控制母材的表面温度，可在大批/小批生产工程中获得稳定的热处理质量。
经激光热处理后，表面硬度会根据母材含碳量的不同而有所不同，通常保持在 >53~65Hrc的水平，有效硬化深度约为0.8~1.5mm，硬化幅度按激光功率调整为几毫米至几十毫米。
到2000年初为止，主要用于激光热处理工程的激光器为二氧化碳（CO2）激光器，但目前随着多种高功率激光器的开发，对金属材料的吸收率更高的高功率激光器更受青睐，包括半导体激光器、碟片激光器、光纤激光器等。
激光热处理技术作为一种替代高频热处理（Induction Hardening)的技术，不仅适用于汽车产业领域，如冲压模具、注塑模具、汽车配件等，还适用于造船、钢铁、机械、电子产业等广泛领域，
且其适用范围逐渐扩展至需经局部性热处理而提升产品硬度及强度的多个领域。
就激光金属热处理技术的基本原理而言，通过将高能量密度的激光束照射到金属材料的表面上，将母材温度急剧上升至母材快要达到熔融温度时为止，并重新急剧冷却之，由此诱导其表面的组织变化。
照射到母材表面上的激光束会转换为热能，使母材表面加热，并通过利用母材的热传导特性重新使其降温（自猝灭，Self-Quenching)，最终提升材料的硬度及强度。
优点
·仅对所需的部分进行局部性热处理
·实时监测和控制母材的温度，提升热处理质量
·采用适合不同热处理对象的多种激光束，提升工作灵活性及生产效率
·以自猝火（Self-quenching）效果尽量减少产品变形，获得非常稳定、均匀的
热处理效果
·无论产品的生产量、大小、重量，都能获得稳定的热处理效果
适用产品
汽车、电子、造船、航空零部件、注塑/冲压磨具、道具、大型涡轮机、齿轮螺纹、刀刃及各种工具类等
济南欧威激光有限公司，是韩国(株)EUROVISION LASER CO.,LTD 在中国的全资子公司，公司坐落于人杰地灵的山东省济南市，公司成立于2016年6月，在汽车、钢铁、电子、半导体、医疗等整个产业领域致力于开发和推广多种激光应用技术。
作为韩国（株)EUROVISION LASER的子公司，公司拥有的核心激光技术不仅包括基于激光塑料焊接技术、激光热处理、激光熔覆（热喷涂层）及激光软钎焊（锡焊）等宏观科技领域，而且包括半导体、电子、医疗产业不可或缺的超精密加工技术、微加工技术及纳米加工技术等，其雄厚的技术力量已颇受世界各界的赞誉和好评。
总公司的激光塑料焊接设备在韩国占有80%以上的市场份额。
产品远销欧美等十几个国家。
设备质量优，功能稳定，适合生产线作业，100%韩国原装进口。
韩国和中国都属于东方国家具有类似的思想文化，对于设备售后问题处理迅速及时。