激光加工工藝介紹

1、激光加工工藝簡介,激光表面改性,幾種典型表面改性所需的激光功率密度和作用時(shí)間,Fe Fe3C相圖,奧氏體,鐵素體,馬氏體,貝氏體,珠光體,滲碳體,萊氏體,鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變（CCT）圖,0.37%C-0.39%Si-0.85%Mn-0.73%Cr-0.26%Mo,淬火,退火,正火,回火,激光相變硬化關(guān)鍵技術(shù),1、 激光能量的利用率,表面預(yù)處理, 粗糙化處理、氧化、涂層,偏振光,短波長激光：YAG激光、半導(dǎo)體激光,2、 激光能量的均勻化及光斑變換,變換前光束強(qiáng)度分布,變換后光束強(qiáng)度分布,積分鏡,波導(dǎo)勻光器,可變形鏡,透射式棱錐積分鏡 透射式棱錐積分鏡為等邊棱錐，產(chǎn)生正方形光斑。光斑尺寸可由調(diào)節(jié)透鏡

2、位置而發(fā)生改變。,雙光束處理系統(tǒng),激光相變硬化應(yīng)用舉例,激光相變硬化應(yīng)用舉例,激光重熔、合金化、熔覆示意圖,ZL108鋁合金激光重熔硬化,ZL108合金激光重熔前后的組織,合金的主要化學(xué)成份：11.013.0%Si, 1.02.0%Cu, 0.41.0%Mg, 0.30.9%Mn，屬于共晶成份合金。鑄造組織為典型的金屬非金屬共晶，顯微組織為在Al基體上紊亂地分布著Si的枝晶。采用激光重熔處理后組織比處理前的鑄造組織細(xì)化了幾十倍，顯微組織形態(tài)也變成了Al-Si共晶包圍著-Al基固溶體樹枝晶的亞共晶組織，其中相所占的體積達(dá)40%左右 。,時(shí)效處理對(duì)鋁合金激光重熔硬化層的影響,激光重熔應(yīng)用舉例,激光

3、熔覆,熔覆層形貌及稀釋率,激光熔覆應(yīng)用舉例,激光局部熔覆,激光大面積熔覆,激光熔覆再制造,激光熔覆再制造應(yīng)用舉例,激光熔覆再制造應(yīng)用舉例,激光熔覆再制造應(yīng)用舉例,Laser shock peening,激光沖擊波效應(yīng)產(chǎn)生塑性變形,增加位錯(cuò)密度 造成殘余壓應(yīng)力,激光表面拋光與織構(gòu)化,Laser polishing,Mechanisms,evaporation of surface material flowing or flattening of softening and melting material under the effect of surface tension,Q-switch

4、 Nd:YAG laser: Pa=250W, tp=650ns, df=70um, v=35mm/s,德國亞琛夫瑯霍費(fèi)激光所（ILT, Willenborg, E. ）,100m,微流體器件微通道準(zhǔn)分子激光拋光,北京工業(yè)大學(xué)激光工程研究院,荷葉表面結(jié)構(gòu),Laser texturing,激光熔池振蕩法表面織構(gòu)化,Laser lithography,激光干涉法表面織構(gòu)化,Particle lens,飛秒激光輻照鈦表面微納結(jié)構(gòu),laser fluence 2.5 Jcm2, number of laser shots 280, (a) Vacuum (1mbar) (b) air (atmosph

5、eric condition) (c) 100mbar SF6 (d) 100 mbar He,Nayak1. Appl. Phys. A 90, 399402 (2008),激光快速成形,激光快速成形原理,激光快速成形分類,激光快速原型制造（Rapid prototype）,立體光刻（Stereo Lithography，SL）,分層實(shí)體制造（Laminated Object Manufacturing, LOM）,選區(qū)激光燒結(jié)（Selective Laser Sintering, SLS）,激光直接快速制造（Directed Laser Manufacturing）,激光熔融堆積（Dire

6、cted Metal Deposition，DMD）,選區(qū)激光熔化（Selective Laser Melting, SLM）,激光變形制造（Laser Forming）,激光熔融堆積成形,F/A-l8E/F翼根吊環(huán) 900mm長300mm寬150mm高,大型鈦合金零件Aeromet公司,XXXX高空高速反導(dǎo)導(dǎo)彈部件,超音速巡航導(dǎo)彈部件,選區(qū)激光熔化成形,飛秒激光微納制造,飛秒強(qiáng)激光微制備與加工 為材料制備和研究提供了新技術(shù)和新手段 突出優(yōu)點(diǎn)： 極短作用時(shí)間 超高光強(qiáng) 無熱影響 破壞區(qū)域小 高階非線性 三維微加工,A drilling in steel produced by 3.3-ns p

7、ulses. A strong blur formation occurs and solidified droplets stick on the surface. Note the heat-affected zone around the hole .,A drilling in steel produced by 200-fs pulses. Pulses energy is decreased by nearly one order of magnitude.,線性相互作用 高階非線性相互作用 單光子過程 I 多光子過程 In 難于作用于材料內(nèi)部 高光強(qiáng)、作用于材料內(nèi)部,作用區(qū)域可遠(yuǎn)小于波長,Fused silica ： absorption bandgap is 9eV, IR fs laser beam: 800nm (1.55eV) multiphoton process,Femtosecond Laser Micromachining workstation was used to direct-write localized index-of-refraction changes within a glass substrate, creating a three-dimensional optical waveguide.,飛