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激光及激光加工原理

发布者: 发布时间:2016/5/20 11:59:11 阅读:次 【字体:

1.激光及其特性

激光也是一种光。从普通物理学得知,凡光都同时具有波动性与粒子性。但普通光是自发辐射的结果,自发辐射时所放出的光子的方向、频率、初始相位均不同,即各光子杂乱无章地射向四面八方,所以普通光所具有的能量是很小的。激光用是受激辐射的结果,受激辐射后所放出的光子具有相同的方向、频率和初始相位,正因为如此,使激光具有极好的方向性、单色性、极高的亮度和高度集中的能量。激光几乎是一束平行的光束,聚焦后的激光可以在不到千分之一秒的时间内,在几十徽米的极小范围内产生几百万度的超高温、几百万个大气压和每里面米几千万伏的强电场,这种高度集中的能量到目前为止没有任何别的方法可以得到。它又是人类目前所发现的最纯的单色光,其单色性比人们称之为“单色光源”的氪灯还要纯。

2.激光加工原理

激光加工与电子束加工在原理上有某些相似之处。所不同的是电子束加工是将电子束的动能变成热能,而激光加工则是把光能变成热能。即利用受激辐射,将电能变成相干单色光,再将该相干单色光聚焦于工件表面,于是聚焦后相于单色光所具有的巨大而又集中的光能在极短时间内变成热能,使被加工工件迅速熔化、气化而蒸发,从而买现对工件材料的焊接、打孔和切割加工。

二、激光的应用

激光目前主要用来打孔、焊接和切割,还可利用激光高纯度的单色性进行极精密的测量。图18-7为激光打孔机光路简图。由水平方向射来的激光束经镀金反射镜偏转90"后成垂直光束,再经过锗透镜在工件上聚焦打孔。由于在工件上聚焦后能量高度集中,产生熟万反乃至更高的温度,于是聚焦区的材料迅速熔化、气化、蒸发,造成一个小区城的爆炸,爆炸力将气化物质以极高的速度喷射出来,喷射时的反冲力形成一个指向工件内部的冲击波,冲击波将材料局都破坏,于是形成一个小凹坑,这个过程不断进行的结果,即可在工件上打出一个利用激光进行细微加工具有极高的生产率,如用激光加工化学纤维喷丝头上一万多小孔,一台激光打孔机2个小时即可完成,而用机械方法加工时,需4~5个熟练工人工作一星期,且质量尚难保证。

激光切割与激光打孔无本质区别,切割时只需移动工件或激光,打一排连续的小孔即可。目前国外用12kW二氧化碳激光器切割12.7mm厚的不锈钢板的速度已达每分钟1500~2000mm。

激光焊接同样显示其优越性:激光可形成极小的焊缝;利用激光可焊接高熔点材料,甚至可将金属与非金属焊接在一起;利用激光可焊接氧化迅速的材料,这是因为激光可透过玻璃在真空中进行焊接。目前国外使用的激光焊接机约100多台,多数用于电子器械和精密微型器件的焊接,也有少数用于汽车等一般机械的焊接。

激光问世仅20余年,其研制技术是飞速发展的,在机械加工中的应用也越来越广泛。由于激光本身所具有的特性,激光将在国民经济各部门得到更加广泛的应用。

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