文档介绍：激光在材料加工领域中的研究与应用
《材料激光加工技术论文》
学院: 材料学院
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摘要:激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)的原理进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一种加工新技术,涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科。由于激光加工热影响区域小,光束方向性好,其几乎可以加工任何材料。常用来进行选择性加工,精密加工。由于激光加工的特殊特点,其发展前景广阔。
关键词:激光材料加工
论文正文:
激光是本世纪的重大发明之一,具有巨大的技术潜力, 自1960年第一台激光器问世以来,激光的研究及其在各个领域的应用得到了迅速的发展。从原理上说,激光能适应任何材料的加工制造,尤其在一些有特殊精度和要求、特别场合和特种材料的加工制造方面起着无可替代的作用。激光因具有单色性、相干性和平行性三大特点,特别适用于材料加工。激光加工是激光应用最有发展前途的领域,国外已开发出20多种激光加工技术。激光的空间控制性和时间控制性很好,对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大,特别适用于自动化加工。其高相干性在高精密测量、物质结构分析、信息存储及通信等领域得到了广泛应用。激光的高单色性,可在光化学领域对一些相距很近的能级作选择激发,进行重金属的同位素分离;激光的高方向性和高亮度可广泛应用于加工制造业。随着激光器件、新型受激辐射光源,以及相应工艺的不断革新与优化,尤其是近20年来,激光制造技术已渗入到诸多高新技术领域和产业,并开始取代或改造某些传统的加工行业。
激光加工技术是一种高度柔性和智能化的先进加工技术, 它集成了数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果, 技术涉及范围广。激光加工技术是指各种以高能密度激光束为手段, 通过激光束与材料之间的物理和化学等作用, 实现改变物质形态或性质的先进材料加工技术。激光加工涉及激光物理、材料、电子、机械和工程传热等多门学科, 综合了激光、制造、控制和计算机应用等多项技术, 已成为多学科交叉和多技术综合的一种典型的先进制造技术。激光加工具有非接触、无污染、热影响区域小、加工精度高以及可选区加工等特点, 而且在特定的加工情况下是其他制造方法不可替代的。因此, 激光加工技术在许多行业中都得到了重要而广泛的应用。激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备,已成为企业实行适时生产的关键技术,为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。
激光加工的原理是是将激光束照射到工件的表面,以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。由于激光加工是无接触式加工,工具不会与工件的表面直接磨察产生阻力,所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节,因此激光加工可应用到不同层面和范围上。激光具有的宝贵特性决定了激光在加工领域存在的优势:
①由于它是无接触加工,并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调,因此可以实现多种加工的目的。
②它可以对多种金属、非金属加工,特别是可以加工高硬度、高脆性、及高熔点的材料。
③激光加工过程中无“刀具”磨损,无“切削力”作用于工件。
④激光加工过程中,激光束能量密度高,加工速度快,并且是局部加工,对非激光照射部位没有影响或影响极小。因此,其热影响区小,工件热变形小,后续加工量小。
⑤它可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工。
⑥由于激光束易于导向、聚集实现作各方向变换,极易与数控系统配合,对复杂工件进行加工,因此是一种极为灵活的加工方法。
⑦使用激光加工,生产效率高,质量可靠,经济效益好。
众所周知钻孔、切割、焊接以及淬火,是加工金属材料时最常用的操作。自从引进了激光后,在加工的强度、质量以及范围等方面开创了全新的局面。除了金属材料外,激光还能加工许多非金属材料。用激光束对材料进行各种加工,如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。激光加工有许多优点:①激光功率密度大,工件吸收激光后温度迅速升高而熔化或汽化,即使熔点高、硬度大和质脆的材料(如陶瓷、金刚石等)也可用激光加工;②激光头与工件不接触,不存在加工工具磨损问题;③工件不受应力,不易污染;④可以对运动的工件或密封在玻璃壳内的材料加工;⑤激光束的发散角可小于1毫弧,光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒,同时,大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至十千瓦量级,因而激光既适于精密微细加工,又适于大型材料加工;
⑥激光束容易控制,易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合,实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度;⑦在恶劣环境或其他人难以接近的地方,可用机器人进行激光加工。
目前已成熟的激光加工技术包括:激光快速成