激光加工技术ppt课件

固体激光器常由 主体光泵（激励 源）及谐振腔 （由全反射镜、 半反射镜组成）、 工作物质（一些 发光材料如钇铝 石榴石、红宝石、 钕玻璃等）、聚 光器、聚焦透镜 等组成。图中激 光器的工作物质 为钇铝石榴石。
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。
又会撞击其它原子,激发更多的原子产生光子,引发一 连串的连锁反应，并且都朝同一个方前进,进而形成 集中的朝向某一方向的强烈光束。由此可见,激光几 乎是一种单色光波,频率范围极窄,又可在一个狭小的 方向内集中高能量,所以利用聚焦后的激光束可以穿 透各种材料。
•1.2 激光的特性
激光是一种经受激辐射产生的加强光，它具有 强度高、单色性好、相干性好和方向性好四大综合 性能。 激光的强度和亮度之所以高，原因在于激光可 以实现光能在空间上和时间上的亮度集中。 单色是指波长为一个确定的数值，实际上 严 格的单色光是不存在的，l0为单色光的中心波长， Dl单色光的谱线宽， Dl越小，单色性越好。
• 激光是通过入射光子影响处于亚稳态的较高能级 的原子、离子或分子跃迁到低能级时完成受激辐 射时发出的光，简言之，激光就是受激辐射得到 的加强光。 • 激光被广泛应用是因为它具有的单色波长、同调 性和平行光束等3大特性。科学家在电管中以光或 电流的能量来撞击某些晶体或原子易受激发的物 质,使其原子的电子达到受激发的高能量状态。当 这些电子要回复到平静的低能量状态时,原子就会 射出光子（以光速运动具有一定能量的粒子）,以 放出多余的能量。这些被放出的光子
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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。
3.1、 激光器
激光器是激光加工的重要设备，它的任务是 把电能转变成光能，产生所需要的激光束。按工 作物质的种类可分为固体激光器、气体激光器、 液体激光器和半导体激光器四大类。由于He-Ne( 氦—氖)气体激光器所产生的激光不仅容易控制， 而且方向性、单色性及相干性都比较好，因而在 机械制造的精密测量中被广泛采用。而在激光加 工中则要求输出功率与能量大，目前多采用二氧 化碳气体激光器及红宝石、钕玻璃、YAG(掺钕 钇铝石榴石)等固体激光器。
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 。
单色性越好，相干长度越大，光源的相干性越好 。
激光的各个发光中心是相互关联的定向发射，可 以把光束压缩在很小的立体角内。
2. 激光加工的原理和特点
2.1 激光加工的原理 •激光加工是一种重的高能束加工方法，它是利用激 光高强度、高亮度、方向性好、单色性好的特性， 通过一系列的光学系统聚焦成平行度很高的微细光 束（直径几微米至几十微米），获得极高的能量密 度（10~10 W/ cm ）照射到材料上，使材料在极短 的时间内（千分之几秒甚至更短）熔化甚至气化， 以达到加热和去除材料的目的。
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。
3、激光加工基本设备
激光加工的基本设备由激光器、激光器光源，光 学系统和机械系统组成。 •激光器：激光加工中的重要设备，将电能转换成光 能，产生激光束。 •激光器电源：为激光器提供能量和控制功能 •光学系统：将光束聚焦并观察和调整焦点位置，包 括聚焦系统和观察瞄准系统。 •机械系统：包括床身、工作台和机电控制系统。
• （6）不Βιβλιοθήκη Baidu在工具磨损问题。
• （ 7 ）在大气中无能量损失，设备简单，不需 要真空室。
• （ 8 ）可通过空气、惰性气体或者光学透明解 质，可对隔离室或真空室内工件进行加工 • （9）加工时不产生振动和机械噪声。
• (10)属于热加工，影响因素多。
• (11) 产生金属气体，火星等飞溅物，操作人员 戴防护眼镜。
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1 — 激光器；2 — 激光束； 3 — 全反射棱镜；4 — 聚焦物 5 — 工件；6 — 工作台
图1 激光加工示意图
•2.2、 激光加工的特点 •(1) 几乎对所有的金属和非金属材料都可以进行激光 加工。 （2）加工效率高，可实现高速切割和打孔。 （ 3 ）加工作用时间短，除加工部位外，几乎不受热 影响和不产生热变形。 （ 4 ）非接触加工，工件不受机械切削力，无弹性变 形。 （ 5 ）激光束容易实现空间控制时间控制，可进行微 细的精密图形加工。