激光加工技术详解演示文稿
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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
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。
8
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。
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）。
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
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。。
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。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
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Leabharlann Baidu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
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
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7-11 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。
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。
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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
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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
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。
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）。
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
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。。
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。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
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Leabharlann Baidu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
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
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7-11 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。
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。
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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