激光焊接技术.ppt

激光焊接技术
第一节激光焊特点、激光的产生与激光束
一、激光焊特点及分类
特点:
1、能量集中(106~107W/cm2或更高)
2、焊接速度快
3、焊接残余应力和变形小(加热范围<1mm)
4、激光焊可以焊接一般焊接方法难以焊接的材料(高熔点金属、非金属材料)
5、可以焊接远距离或一些难以接近部位的焊接
6、可以一机多用(焊接切割合金化热处理)
7、和电子束相比,不需要真空,不产生有害的X射线,但不易焊接高反射率的材料。
分类: 连续
脉冲
二、激光的产生与激光束
1、激光产生的基本原理
1). 原子、离子或分子(CO2,He,Ne等)受光电激发后,出现大多数的高能粒子数。当有光子趋近它时(光子频率刚好又是符合普朗克条件),粒子就受到外束光子刺激,发射出一个同样的光子,加上原入射光子就得到两个增益光子,使原来处于高能阶的粒子跃迁低能阶上去,产生受激辐射、受激原子(He、N2、CO2)辐射的光子与入射光的波长、相位、偏振度运动方向相同,,激光就是受激辐射产生的相干光。
2). 保证实现粒子数反转,但这样产生的受激辐射强度很弱,无法实际应用,所以可以用光学谐振腔进行放大。所谓光学谐振腔实际是在激光器两端装上两块反射率很高的镜子,一块全反射(100%),一块部分反射(98%),被反射回到工作介质的光继续诱发新的受激发射,光被放大。因此光在谐振腔内来回振荡造成连锁反应,雪崩似的获得放大,产生强烈的激光,从部分反射镜一端输出。
激光特性:亮度高、方向性好、单色性好
2、激光的模式
模式:对于CO2激光有纵模和横模两种。
纵模—激光频率特性和对应的一个光束场强在光轴方向上的分布。
横模—描述其场强横向分布特征,可以是轴对称,也可以是对光轴旋转对称。
横模的表示方法:TEMmn(mn均为小整数)
TEM代表电磁横波, m、n 表示在x 轴和 y 轴方向上光强为零的那些零点的序数,即波节数。
TEM00——基模
y
x
TEM00
TEM10
TEM01
TEM20
TEM11
TEM22
第二节、激光加工设备
一、激光器

激光加工设备:主要有激光器、导光系统、控制系统、工作台及工件装夹及运动系统、光学元件的冷却系统,以及过程与质量的控制系统、安全装置等。
激光器按激光工作物质可以分为:固态激光器和气体激光器
按能量输出方式可以分为:脉冲激光器和连续激光器
激光的主要部件有:
激光工作物质——具有若干能级的粒子系统并具备亚稳态能级。
激励源(泵浦源)——给激光物质提供能量,使之处于非平衡状态,形成粒子数反转。
谐振腔——给受激辐射提供震荡空间和稳定输出的正反馈,限制光束的方向和频率。
电源——为激励源提供能源。
聚光器——固态激光器特有,能够使光泵浦的光能最大限度地照射到激光物质上,提高光的利用率。
其他的控制和冷却系统是为了保证激光器的稳定可靠地工作。
1、固体激光器--主要由激光工作物质(红宝石、YAG或钕玻璃棒)、聚光器、谐振腔、泵灯、电源及控制设备等组成。
2、气体激光器--CO2气体激光器,主要工作气体是CO2、N2和He。根据其结构可分为封闭(离)式或半封闭(离)式、横流式和轴流式。
二、导光和聚焦系统

组成、作用、方式
透射式聚焦
反射式聚焦

模式TEM00的激光聚焦后的最小光斑直径可以用下式进行计算:
式中:d——聚焦后光斑最小直径(mm)
λ——激光波长(mm)
F——透镜焦距(mm)
D——聚焦前透镜的光束直径(mm)
C——常数

三、控制系统
用计算机来实现逻辑处理,使装载工件的工作对,按需要的运动轨迹和动作完成加工,另外,还包含激光功率控制、气压及补偿流速的测量和控制、风机控制、电源控制、导光控制等各种功能

四、工作台