高能束及复合加工技术.doc

第三章高能束及复合加工技术一、概述 1) 高能束加工技术: ①利用高能量密度的束流作为热源,对材料或构件进行加工的先进的特种加工技术。包括焊接、切割、打孔、喷涂、表面改性、刻蚀和精细加工等各类工艺方法, 并已扩展到新型材料制备领域。②高能束加工技术利用高能束热源、高能量密度、可精密控制微焦点和高速扫描的技术特性,实现对材料和构件的深穿透、高速加热和高速冷却的全方位加工。③高能束加工技术正朝着高精度、大功率、高速度和自动控制的方向发展。. 、概述 1、常用的高能密度束流加工方法: 激光加工、电子束加工、离子束加工等。 2、技术背景高新技术产品要求:高比强度,高精度、工作速度、功率,小型化,恶劣环境下可靠工作;传统机械加工难以胜任结构形状的复杂性、材料的可加工性、加工精度及表面完整性方面的要求。 3、 HEBM 加工技术的应用广泛应用于焊接、切割、打孔和涂覆加工在表面改性、微细加工和新材料制备领域开拓和应用。 4 、复合加工及其应用 1 )复合加工应用机械、化学、光学、电力、磁力、流体力学和声波等多种能量,在加工过程中同时运用两种或者多种加工方法,通过不同的作用原理对加工部位进行改性和去除的加工技术。 2 )提高了加工效率,生产率一般大大高于单独用各种加工方法的生产率之和。 3 )在提高加工效率的同时,又兼顾了加工精度、加工表面质量和工具损耗等。二、激光加工 1、激光:受激辐射的光放大电子只有在最靠近原子核的轨道上转动时才是稳定的,称为“基态”。光照射或用高温或高压电厂激发原子,最外层电子激发到高能阶,称为“激发态”。原子从高能阶落到低能阶的过程称为“跃迁”。 2、激光的特性①方向性好:光束几乎在一条直线上传播,发散角几毫弧度②单***好:He-Ne 激光的谱线宽度约 2X10-9 nm ③相干性好: He-Ne 的相干长度 200Km ,而普通光源中最好的氪灯为 ④高亮度:普通激光的亮度比太阳高 100 亿倍⑤可调谐:通过改变腔长可改变波长⑥可调制:振幅、偏振方向及频率等参数可以调制(光通信采用) ⑦能量可压缩:激光脉冲的持续时间可以短到皮秒、飞秒、阿秒。 3、激光加工原理①激光加工( laser beam machining ,LBM )是利用材料在在激光聚焦照射下瞬时急剧熔化和气化,并产生很强的冲击波,使被熔化的物质爆炸式地喷溅来实现材料去除的加工技术。是一种在光热效应下产生的高温熔融和冲击波的综合作用过程。②激光加工是通过光学系统将激光束聚焦成尺寸与光波波长相近的极小光斑,其功率密度可达 107 ~1011w/cm2 ,温度可达一万摄氏度,将材料在瞬间(10-3s )熔化和蒸发,工件表面不断吸收激光能量,凹坑处的金属蒸汽迅速膨胀,压力猛然增大,熔融物被产生的强烈冲击波喷溅出去。 2、复合加工及其应用复合加工应用机械、化学、光学、电力、磁力、流体力学和声波等多种能量, 在加工过程中同时运用两种或者多种加工方法,通过不同的作用原理对加工部位进行改性和去除的加工技术。提高了加工效率,生产率一般大大高于单独用各种加工方法的生产率之和。在提高加工效率的同时,又兼顾了加工精度、加工表面质量和工具损耗等。电子只有在最靠近原子核的轨道上转动时才是稳定的,称为“基态”。光照射或用高温或高压电厂激发原子,最外层电子激发到高能阶,称为“激发态”。原子从高能阶落到低能阶的过程称为“跃迁”。 4、原子的辐射 5、激光加工过程激光加工过程一般分为四个阶段: 1).激光束照射材料 2).材料吸收光能 3).光能转变为热能使材料加热 4).经由熔融和气化使材料去除或破坏。 6、激光加工的特点 1 )激光加工属非接触加工,无明显机械力,也无工具损耗,工件不变形, 加工速度快,热影响区小,可达高精度加工,易实现自动化。 2 )因功率密度是所有加工方法中最高的,所以不受材料限制,几乎可加工任何金属与非金属材料。 3 )激光加工可通过惰性气体、空气或透明介质对工件进行加工,如可通过玻璃对隔离室内的工件进行加工或对真空管内的工件进行焊接。 4 )激光可聚焦形成微米级光斑,输出功率大小可调节,常用于精密细微加工,最高加工精度可达 ,表面粗糙度 Ra值可达 ~ 。 5)能源消耗少,无加工污染,在节能、环保等方面有较大优势。 7、激光器激光器是激光加工设备的核心,它能把电能转换成光能,获得方向性好、能量密度高、稳定的激光束输出。激光器可分为:固体、气体、液体、半导体及自由电子激光器,常用的激光器有固体和气体两大类。 8、激光打孔激光打孔主要用于特殊材料或特殊工件上的孔加工,如仪表中的宝石轴承、陶瓷、玻璃、金刚石拉丝模等非金属材料和硬质合金、不锈钢等金属材料的细微