激光加工技術與應用2.ppt

各種激光加工形式對激光功率和光束質(zhì)量要求 激光焊接技術 激光熱導焊和深熔焊 激光填絲焊接 激光電弧復合焊接 激光釬焊 激光焊接的主要參數(shù) 焊接速度 焊縫深度與激光功率關系 焊接速度 焊縫深度與焦距關系 焊接速度 焊縫深度與光束偏振方向關系 焊接深度 焊接速度 偏振方向 焦點半徑 焊接速度對焊縫截面影響 r1 r2 焦點半徑v1 v2 焊接速度 激光焊接基本接頭形式 激光焊接應用 汽車制造 汽車制造業(yè)發(fā)展趨勢 汽車輕量化途徑 激光焊在汽車制造中應用形式 激光拼焊 Tailoredblanklaserwelding 激光拼焊 優(yōu)點 車身輕量化 省油 節(jié)能 強度整體優(yōu)化 安全設計 少用加強筋 簡化設計 制造過程 降低成本 激光拼焊工藝特點 高功率密度 焊接速度高 焊縫窄 焊縫強度高 壓制性能好 熱影響區(qū)小 噴涂能力好 焊接變形小 拼板平整度好 材料 鍍鋅鋼板厚度 1 8 2 3mm激光功率 3 2kW焊接速度 3 7m min YAG激光拼焊系統(tǒng) 鍍鋅板激光焊接 JeepLiberty車尾激光點焊 鍍鋅板YAG激光焊接 鍍鋅板YAG激光焊接頭和板厚組合 鍍鋅板激光焊接工藝特點 焊接速度快 效率高 質(zhì)量好 強度大通過光纖傳輸由機器人焊接 柔性好鍍鋅層的汽化對激光焊接過程影響極大不同的板厚組合影響焊縫質(zhì)量的評定多層板之間的間隙對焊縫質(zhì)量影響很大三層板比兩層板焊接難度大激光功率 焊接速度 離焦量之間的匹配必須合適車頂連續(xù)焊縫對激光的對中要求高 鍍鋅層汽化影響焊縫解決途徑 鍍鋅板激光填絲釬焊 可采用冷絲或熱絲送入激光束加熱區(qū) 局部熱輸入 激光束僅僅熔化釬焊焊絲母材熱輸入低 變形小 不會傷及鍍鋅層焊縫表面質(zhì)量高 激光填絲釬焊試樣 激光釬焊汽車部件 1 5kWLDsystem brazingspeed 1 0m min wirefeedrate 1 5m minmaterial Zncoatedsteel wirematerial CuSi3 上海大眾汽車Passat激光釬焊 影響激光釬焊的主要因素 汽車傳動零部件激光焊接 汽車傳動零部件激光焊接 用激光可以焊接一些要求強度高 變形小 用傳統(tǒng)方法無法焊接的特種材料的汽車零部件 激光快速掃描焊接 掃描技術可加速激光焊接過程 反光鏡直接引導激光束達到焊接點 高速動態(tài)性能 掃描速度可達 700m min 無接觸加工過程 焦距 0 5to1 5m 精度 0 2mm 可高速點焊 縫焊 疊焊 對接焊 角焊和搭接焊 激光快速掃描焊接 激光掃描焊接系統(tǒng) 光纖傳導激光掃描焊接系統(tǒng) CO2激光掃描焊接系統(tǒng) 鋁合金車身激光焊 一臺激光焊接機器人可代替3 4臺電阻焊機器人最新式點焊機器人每分鐘完成20個焊點 一個焊點相當于25 4mm長焊縫 激光焊機每分鐘可完成5080mm長的焊縫 相當于200個點焊焊點 塑料激光焊接 汽車燈罩的激光焊接 激光加工應用 鋼鐵生產(chǎn) 激光焊接在鋼鐵生產(chǎn)中的應用 軋輥激光堆焊或激光熔覆 連續(xù)冷軋鋼帶的激光在線焊接 導電輥哈氏合金筒體激光焊接 導電輥用于汽車鋼板生產(chǎn)中的鍍鋅工藝過程 輥子浸于鍍鋅液 并通以電流 對輥面有很高的耐蝕要求 所以輥面采用耐腐蝕性能優(yōu)異的C 22哈氏合金 哈氏合金激光焊接試驗 哈氏合金C 22典型激光焊接接頭 焊態(tài)組織 1000 60Min固溶處理后組織 1050 70Min固溶處理后組織 1125 50Min固溶處理后組織 哈氏合金導電輥制造過程 激光加工應用 船舶制造 船舶制造高功率激光焊接 ChinLas項目 高功率激光焊接特點 焊縫深窄 深寬比高 10 1 焊接速度快 熱輸入低 焊縫熱影響區(qū)窄 焊接變形小 焊縫質(zhì)量好 特別是韌性好 改進采用激光復合焊可降低間隙要求 可用于各類工業(yè)制造 造船采用高功率激光焊接的優(yōu)點 焊接生產(chǎn)率大大提高 這是由于 激光焊接速度快 激光焊接熔深大 可單道焊或減少焊道數(shù) 焊后矯形工作量大大減少 船塢焊接工作量大大減少 船舶的精度制造成為可能 一些特殊結(jié)構 如三明治結(jié)構焊接成為可能 有利于結(jié)構優(yōu)化設計 減輕結(jié)構重量 有利于船舶的模塊化設計制造 三明治船板激光復合焊 三明治結(jié)構板激光焊接形式 激光焊槍及其夾具 8mmSUS304板激光焊接接頭 厚板激光復合焊接頭 14mmCCS A9 5kWlaser 1 5m minspeed 16mmCCS B13 5kWlaser 1 5m minspeed 激光加工應用 航空航天 飛機零部件的激光沖擊強化 利用強激光束產(chǎn)生的等離子沖擊波 提高金屬材料的抗疲勞 耐磨損和抗腐蝕能力的一種高新技術 可在不增加零部件質(zhì)量的前提下 大幅提高零部件的強度和抗疲勞能力 從而能夠大大增強戰(zhàn)機的壽命并降低維修成本 與現(xiàn)有的冷擠壓 噴丸等金融材料表面強化手段相比 具有非接觸 無熱影響區(qū) 可控性強以及強化效果顯著等突出優(yōu)點 激光沖擊強化技術在美國航空裝備制造與維修以及其他裝備制造業(yè)正得到廣泛的應用 飛機發(fā)動機葉片激光打孔 火箭燃料箱激光焊接 空客380鋁合金殼體的激光焊接 飛機鋁合金箱體零部件激光焊接 AircraftBatteryBox 激光加工發(fā)展前景 激光所具有的特點為其在材料加工中的應用提供了廣闊的發(fā)展前途 激光的空間和時間控制性很好 對加對象的材質(zhì) 形狀 尺寸和加工環(huán)境的自由度很大 特別適用于自動化加工 激光加工的發(fā)展趨勢體現(xiàn)在以下幾個方面 數(shù)控化和綜合化小型化和組合化高頻度和高可靠性 激光安全防護 氣體電離 產(chǎn)生廢氣 激光輻射對生物組織危害 危害因素包括 光壓效應 照射時間在納秒和亞納秒級時產(chǎn)生的效應 熱效應 照射時間在100ms和數(shù)秒時產(chǎn)生的效應 光化學效應 照射時間超過100s時產(chǎn)生的效應 當生物組織的一部分吸收了足夠的輻照能量時 其組織中分子的振動增加 從而造成這部分組織受熱而損傷 同時熱擴散可導致?lián)p傷面積和深度的增加 受損程度由照射光斑的大小 照射時間決定 另一方面 損傷效應也可能是特殊分子吸收了特定光子的直接結(jié)果 生物組織的損傷主要是由于蛋白質(zhì)變性引起 不同功率激光對組織的損害方式 短脈沖 高峰值功率激光危害能量在極短的時間內(nèi)釋放到生物靶標上 靶標組織快速升溫 致使組織細胞由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài) 多數(shù)情況下這些相變極快 可使組織爆炸 細胞破裂 中等劑量激光長時間照射分子獲得光子被激活而產(chǎn)生化學反應 從而造成不可恢復的損害 激光輻射對眼睛危害 激光對眼睛的危害性比皮膚嚴重得多 激光功率密度大 方向性好等特性是危害眼睛的主要原因 好的方向性使眼球的晶狀體將射來的平行激光束 在視網(wǎng)膜上聚焦成很小的光斑 它還可能在長距離范圍內(nèi)造成危害 激光輻射對眼睛危害 平行激光束可以通過眼睛的晶狀體聚焦成一個直徑為10 20um的像點 若瞳孔充分擴張 讓整個激光束進入 那么即使幾毫瓦的激光功率 也會在視網(wǎng)膜上產(chǎn)生每平方厘米幾千瓦的功率密度 這一量級的功率密度會嚴重損傷視網(wǎng)膜 對于最壞的情況 眼睛的焦距變得無限長 且瞳孔充分擴張 約0 7cm直徑 眼睛晶狀體上的功率密度與視網(wǎng)膜上的功率密度之比約為105 普通光源是發(fā)散的 亮度非常低 向所有方向發(fā)射 在視網(wǎng)膜上成像的功率密度較低 如當直視太陽時 160um直徑的光束在視網(wǎng)膜上成像的輻射密度大約30W cm2 激光輻射對眼睛危害 激光對眼睛的危害取決于激光的波長 激光強度 照射時間 入射角度等 波長 遠紅外激光對眼睛的損害主要以角膜為主 紫外激光對眼的損傷主要是角膜和晶狀體 過量光照引起病理效應一覽表 激光危害分類 可達發(fā)射極限AEL AccessibIeEmissionLimit 在確定的危害類別內(nèi) 允許激光器發(fā)射的最大輻射功率和能量 激光器根據(jù)其可達發(fā)射極限分為5類 1類激光產(chǎn)品 class1 無危險 不需進行危害控制的激光產(chǎn)品 0 39 W 2類激光產(chǎn)品 class2 低危險 低功率的可見光激光產(chǎn)品 1mW 3A類激光產(chǎn)品 class3A 低危險 中功率的激光產(chǎn)品 3B類激光產(chǎn)品 class3B 中等危險 中功率的激光產(chǎn)品 4類激光產(chǎn)品 class4 高危險 高功率的激光產(chǎn)品 材料激光加工多采用高危險 高功率 高能量的4類激光器 激光個人防護用品 1 激光防護眼鏡2 激光防護面罩3 激光防護手套4 激光防護服 總結(jié) 激光因具有高能密度 高單色性 高方向性和高相干性等四大特點 特別適用于材料加工 是激光應用中最有發(fā)展前途的領域 激光加工以效率高 速度快 質(zhì)量好等優(yōu)點在材料加工和工業(yè)制造領域獲得廣泛應用 特別在汽車 造船