《激光原理及应用》陈家璧第二版第七章探究.pptVIP

7.2.1 激光淬火技术的原理与应用 5.依据激光器的特点不同，激光淬火可分为CO2激光淬火和因素YAG激光淬火。但两者中影响淬硬性能的主要基本相同 2) 激光工艺参数：激光淬火层的宽度主要决定于光斑直径；淬硬层深度由激光功率、光斑直径和扫描速度共同决定；描述激光淬火的另一个重要工艺参数为功率密度，即单位面积注入工件表面的激光功率。为了使材料表面不熔化，激光淬火的功率密度通常低于104W／cm2，一般为1000-6000W／cm2。 3)表面预处理状态：一是表面组织淮备，即通过调质处理等手段使钢铁材料表面具有较细的表面组织，以便保证激光淬火时组织与性能的均匀、稳定。如图7-7为原始组织及扫描速度对激光淬硬层深度的影响；二是表面“黑化”处理，以便提高钢铁表面对激光束的吸收率。 图7-7 原始组织及扫描速度对激光淬硬层深度的影响 7.2.2 激光表面熔凝技术 1.用激光束将表面熔化而不加任何合金元素，以达到表面组织改善的目的。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 2.图7-10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7-10 T10钢激光熔凝层显微硬度沿淬硬层深度的分布 7.2.3 激光熔覆技术 1.激光熔覆(Laser Cladding)技术亦称激光包覆、激光涂覆、激光熔敷，是一种新的表面改性技术。它通过在基材表面添加熔覆材料，利用高功率密度的激光束使之与基材表面一起熔凝的方法，在基材表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层，以改善其表面性能的工艺。 2.激光熔覆技术具有如下优点 图7-11 同步送料法激光熔覆示意图 3.激光熔覆工艺依据材料的添加方式不同，分为预置涂层法和同步送料法。 4.同步送料法指在激光束照射基材的同时，将待熔覆的材料送入激光熔池，经熔融、冷凝后形成熔覆层的工艺过程。激光熔覆材料包括金属、陶瓷或者金属陶瓷，材料的形式可以是粉末、丝材或者板材，工艺过程如图7-11所示。 。 7.2.3 激光熔覆技术 5.评价激光熔覆层质量的主要指标为：熔覆层厚度、宽度、形状系数(宽度／厚度)、稀释率、硬度及其沿深度分布、基板的热影响区深度及变形程度等。典型熔覆层的截面示意图见图7-12 图7-12 熔覆层的截面示意图 6.激光熔覆层的宽度主要决定于光斑直径；而激光熔覆层的厚度与送粉量、扫描速度、功率密度等参数密切相关。 7.常用激光熔覆材料包括镍基、铁基、钻基、铜基自熔合金、以及上述合金与碳化物(WC、TiC、SiC等)，颗粒组成的金属陶瓷复合粉末以及Al203、ZrO2等陶瓷材料。常用的基材包括钢铁、铝合金、铜合金、镍合金和钛合金等。 1.激光打孔原理：激光打孔机的基本结构包括激光器、加工头、冷却系统、数控装置和操作面盘（图7-13）。加工头将激光束聚焦在材料上需加工孔的位置，适当选择各加工参数，激光器发出光脉冲就可以加工出需要的孔。 7.3.1 激光打孔 图7-13 激光打孔机的基本结构示意图 2.激光打孔时材料的去除主要与激光作用区内物质的破坏及破坏产物的运动有关。严格分析激光打孔的成因需要解决激光打孔时产生的蒸气和粘性液体沿孔壁流动的动力学问题，这里只根据一些实验关系，建立一个唯象的描述对激光打孔的激光束几何参数和总能量与孔的深度和孔径之间的关系进行估算 7.3.1 激光打孔 图7-14 激光打孔几何原理简图 2. 激光打孔的激光束几何参数和总能量与孔的深度和孔径之间的关系进行估算。如图7-14的激光打孔原理简图 如果在t时刻孔的底面半径为r(t)，孔深为h(t)，则有 考虑材料从孔底蒸发，而熔化的液体从孔壁流走，t时刻的能量守衡方程为 当 时，可以近似解出用激光加工的总能量表示的孔深度和孔径为 7.3.1 激光打孔 图7-14离焦量对打孔质量的影响 3. 激光打孔工艺参数的影响 ※ 脉冲宽度对打孔的影响 ：脉冲宽度对打孔深度、孔径、孔形的影响较大。窄脉冲能够得到较深而且较大的孔；宽脉冲不仅使孔深度、孔径变小，而且使孔的表面粗糙度变大，尺寸精度下降。 ※ 激光打孔中离焦量对打孔的影响 当激光聚焦于材料上表面时，打出的孔比较深，锥度较小。在焦点处于表面下某一位置时相同条件下打出的孔最深；而过分的入焦和离焦都会使得激光功率密度大大降低，以至打成盲孔（图7-15）。 7.3.1 激光打孔 3. 激光打孔工艺参数的影响 ※ 被加工材料对打孔的影响 ※ 脉冲激光的重复频率对打孔的影响 用调Q方法取得巨脉冲时，脉冲的平均功率基本不变，脉宽也不变，重复频率越高，脉