《激光束加工技术》课件.ppt

*************************************激光表面处理激光淬火利用激光快速加热材料表面并自冷却，提高硬度和耐磨性激光合金化将合金元素熔入基体表面，改变成分和组织激光熔覆在基体表面熔覆耐磨、耐蚀材料，形成保护层激光清洗利用激光去除表面污染物和氧化层，无损伤基材激光织构创建微观表面结构，改变摩擦、润滑和光学特性5激光表面处理是一类改变材料表面物理、化学或力学性能而不影响整体性能的技术。与传统表面处理相比，激光表面处理具有精确可控、变形小、无污染、局部处理能力强等优点，广泛应用于汽车、航空航天、能源、模具和医疗器械等领域。现代激光表面处理技术正朝着大功率、高效率和精密控制方向发展，新型工艺如选区激光熔化、激光冲击强化和超快激光表面微纳织构等不断涌现，进一步拓展了应用领域。激光淬火工作原理激光淬火利用激光快速加热铁碳合金材料表面至奥氏体化温度(通常800-1200℃)，随后依靠材料自身导热迅速冷却，使表层发生马氏体相变，从而提高硬度和耐磨性。整个过程不需要外部冷却介质，热影响深度可精确控制在几百微米至几毫米范围。激光淬火的关键在于精确控制能量输入和温度分布，确保表面达到相变温度而不发生熔化。现代系统通常采用实时温度监测和闭环控制，确保最佳处理效果。技术特点与应用与传统淬火相比，激光淬火具有显著优势：变形极小，无需后期矫正可实现局部精确处理，不影响整体性能硬化深度和分布可精确控制无需淬火介质，环保无污染表面裂纹和氧化倾向低自动化程度高，适合复杂零件广泛应用于发动机曲轴、凸轮轴、齿轮、轴承、模具和各类磨损部件的局部强化。激光合金化1基本原理激光合金化是将合金元素或化合物预置于基材表面，通过激光熔化使其与基材表层充分混合，形成新的合金层的工艺。这一过程中，基材表层与合金元素完全熔融并混合，冷却后形成具有特定成分和组织的新合金层，厚度通常为0.5-2mm。2工艺特点激光合金化可在基材表面形成完全不同于基体的新合金层，大幅改变表面性能。合金层与基材之间形成冶金结合，结合强度高。处理后的表面具有细小均匀的组织结构，性能优于传统热处理或喷涂工艺。工艺可实现成分梯度分布，减少界面应力。3应用领域激光合金化主要应用于提高金属表面的耐磨性、耐腐蚀性和高温性能。典型应用包括：钛合金表面添加铬、钒等元素提高耐磨性；铝合金表面添加镍提高耐蚀性和硬度；钢表面加入铬、钼、钨等元素提高高温性能和耐氧化性；铸铁表面添加铬、镍改善腐蚀和磨损性能。4工艺控制关键参数包括激光功率密度、扫描速度、预置层厚度和合金成分配比。功率密度需足够高以熔化基材和合金元素；扫描速度影响熔池尺寸和冷却速率；预置层厚度决定最终合金成分；保护气体（通常使用氩气）防止氧化。现代系统通常采用闭环控制确保稳定的熔池尺寸和合金化深度。激光熔覆材料输送将熔覆材料(粉末或丝材)送入激光作用区同步熔化激光熔化熔覆材料与基材表层，形成熔池快速凝固熔池冷却凝固，形成与基材冶金结合的覆层多层堆积根据需要重复上述过程，实现厚覆层或三维结构激光熔覆是将耐磨、耐蚀材料熔覆在工件表面形成保护层的先进表面处理技术。与传统表面处理方法相比，激光熔覆具有覆层与基体结合强度高、熔覆层致密性好、稀释率低、热影响区小、变形少和熔覆材料利用率高等优点。激光熔覆广泛应用于高价值零部件的表面强化和修复，如航空发动机叶片、石油钻井设备、轧钢辊、汽车发动机阀门和化工设备等。近年来，激光熔覆技术与增材制造技术结合，发展出激光直接金属沉积(DMD)工艺，可直接制造复杂三维金属构件。激光微加工激光微加工是利用高精度激光束对微小尺寸工件进行加工的技术，加工特征尺寸通常在亚毫米级别(1μm至1mm)。激光微加工主要包括微切割、微钻孔、微焊接、微铣削和表面微织构等工艺，广泛应用于电子、医疗、精密机械、光学和MEMS等领域。激光微加工的关键在于高精度、小尺寸、低热影响和高质量。随着超快激光技术的发展，皮秒和飞秒激光微加工能实现冷加工，热影响区极小，加工精度可达亚微米级，成为微电子和精密器件制造的关键技术。激光微加工的特点和应用技术特点激光微加工具有多项独特优势：高精度：位置精度可达±1μm，特征尺寸可小至数微米无接触加工：无机械应力，适合脆性材料材料适应性广：几乎可加工所有材料类型加工灵活性高：同一设备可实现多种微加工功能超快激光冷加工：几乎无热影响，无微裂纹关键技术实现高质量微加工的关键技术包括：超快激光技术：皮秒/飞秒脉冲实现冷加工精密光束控制：光束成形、高精度聚焦高精度定位系统：纳米级精度运动平台实时监测与闭环控制：