第5章-高能束加工要点.ppt

* (4) 生产率很高。电子束的能量密度高，而且能量利用率可达90%以上，所以加工生产率很高。 (5) 无污染。由于电子束加工是在真空中进行，因而污染少，加工表面不氧化，特别适用于加工易氧化的金属及合金材料，以及纯度要求极高的半导体材料。 (6) 电子束加工有一定的局限性，一般只用来加工小孔、小缝及微小的特形表面，且需要一套专用设备和数万伏的高压真空系统，价格较贵，生产应用有一定局限性。 * 5.2 3 电子束加工设备 电子束加工装置的基本结构主要由电子枪、真空系统、控制系统和电源等部分组成 * 5.2.4 电子束加工应用 电子束加工可用于打孔、焊接、切割、热处理、蚀刻等多方面工作，但是生产中应用较多的是焊接、打孔和蚀刻。 * 1.电子束打孔 工作原理： (a)电子束对材料表面层进行轰击，使其熔化并气化 (b)电子束进入材料内部，材料气化形成空穴 (c)空穴一直扩展至材料贯通 (d)电子束进入工件下面的辅助材料 * 主要特点： （1）可以加工各种金属和非金属材料； （2）生产率极高，其他加工方法无可比拟； （3）能加工各种异形孔（槽）、斜度孔、锥孔、弯孔。 * 3.激光焊接 概念：激光作为热源对材料进行加热，使材料熔化而联结 优点： 激光照射时间短 激光不仅能焊接同种金属材料，而且可以焊接异种金属材料，甚至还可以焊接金属与非金属材料 分类： 激光热传导焊接 激光深熔焊接 * 异种材料焊接 激光束 金属 玻璃 * 热传导激光焊接 工作原理：热传导激光焊接是将高强度激光束直接辐射至材料表面，通过激光与材料的相互作用，使材料局部熔化实现焊接。 主要工艺：主要有激光点焊、缝焊等工艺。 热传导激光焊接加工示意图 * 热传导激光焊接应用：车身焊接 * 激光深熔焊接：　 工作原理：激光深熔焊接所用的激光功率密度较热传导激光焊接高，材料吸收光能后转化为热能，使工件迅速熔化乃至气化，产生较高的蒸气压力，将熔融的金属迅速从光束的周围排开，在激光照射处呈现出一个小的孔眼。随着照射时间的增加，这个孔眼不断向下延伸，一旦激光照射停止，孔眼四周的熔融金属（或其他熔物）立即将孔眼填充，这些熔融物冷却后，便形成了牢固的平齐焊缝。 高深宽比：12：1 * 激光深熔焊接原理图 激光深熔焊接的机理： 主要有小孔效应、等离子体屏蔽及纯化作用。 * 激光深熔焊接应用： 右图所示为采用盘形激光器对10mm不锈钢进行深熔焊后所得的焊接截面，焊接时的功率达到了8KW，焊接速度可以超过3m/min。 * 5.1.4 激光表面加工技术 常见激光表面加工技术： 激光相变硬化（淬火）和退火 激光合金化 激光重熔 激光熔覆 激光冲击强化 * 1.激光相变硬化 工作原理：也叫激光表面淬火，它以高能密度的激光束快速照射材料表面，使其需要硬化的部位瞬间吸收光能并立即转化为热能，进而使激光作用区的温度急剧上升到相变温度以上，钢铁中铁素体相遵循非扩散型转变规律形成奥氏体。 激光相变硬化区域示意图 * 激光相变不同阶段相变化过程 * 激光相变硬化特点： 淬火速度快(0.1秒)； 激光淬火后工件变形小，几乎无氧化脱碳现象，表面光洁； 硬度可比常规淬火硬度提高15~20%； 可实现自冷淬火，不需水或油等淬火介质对工件的许多特殊部位进行处理； 工艺过程容易实现生产自动化，过程适合在线监测。 * 激光相变硬化应用： 发动机气缸 连接环套 * 2.激光重熔 工作原理：将用激光辐照工件表面至熔化，而不加任何金属元素，以达到表面组织改善的目的。 工件横截面沿深度方向的组织为：熔凝层、相变硬化层、热影响区和基材 * 主要特点： 表面熔化时不添加其它元素，熔凝层与材料基体是天然的冶金结合； 在激光熔凝过程中，可以排除杂质和气体，同时急冷重结晶获得的组织有较高的硬度、耐磨性和抗蚀性； 熔层薄，热作用区小，对表面粗糙度和工件尺寸影响不大，甚至可以直接使用。 * 激光重熔加工应用：凸轮表面强化 * 3.激光合金化及熔覆 激光表面合金化：是指在高能束激光的作用下，将一种或多种合金元素快速熔入基体表面，使母材与合金材料同时熔化，形成表面合金层，从而使基体表层具有特定的合金成分的技术。 * 激光熔覆：指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上选择放置涂层材料，经激光辐照使之与基体表面一薄层同时熔化，快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及功能特性等的工艺方法。 * 激光熔覆加工应用： 激光束 气氛保护 送粉轴 * 5.1.5 其它激光加工技术 * 1.激光成形 激光热应力成形（Laser T