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lesson激光加工技术
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激光表面改性技术(激光淬火技术、激光表面熔凝、激光熔覆)
激光去除材料技术(激光打孔、激光切割)
激光焊接(激光热导焊、激光深熔焊、激光复合焊)
激光快速成型技术(立体光造型技术、选择性激光烧结技术、薄片叠层制造技术)
激光清洗技术
激光弯曲
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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。
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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,都要将一定功率激光束聚焦于被加工物体上,使激光与物质相互作用。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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(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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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
图7-2等离子云变化的过程
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,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。

-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
图7-3柔性激光加工系统示意图
。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
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-5所示为该淬火区显微硬度沿深度方向的分布曲线

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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,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。
图7-9激光熔凝处理后横截面组织示意图
-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7-10T10钢激光熔凝层显微硬度沿淬硬层深度的分布
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