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激光加工的防护
1、为避免发生各种伤害,先对激光加工设备采取必要的防护措施。这些措施主要包括以下方面。
(1)激光加工设备要可靠接地,电器系统外罩的所有维修门应安装有连锁装置,电器外罩应设置相应措施一边在进入维修门之前使内部的电容器组放电。
(2)激光加工设备应有各种安全措施,在激光加工设备上映舍友明显的危险警告标志和信号,如“激光危险”“高压危险”等字样。
(3)激光加工的光路系统应尽可能全部封闭,如使激光在金属管中传递,以防止对人体的直接照射造成伤害。
(4)如果激光加工的光路系统不可能全封闭,则光路应设在较高的位置,使光束在传递过程中避开人的头部,让激光从人的高度以上通过。
(5)激光加工设备的工作台应采用 玻璃等防护装置屏蔽,以防止激光的反射。
(6)进行激光加工的场地也应设有明显的安全标志,并设置栅栏、隔墙、屏风等,防止与工作无关人员误入危险区。
2、对人身的保护
(1)对于激光切割机的防护设备典型的就是激光防护镜,因为防止激光对人眼损伤的防护镜,按其防护原理可分为反射式、吸收式、衍射式和复合式等几种,当然,他们都会根据激光切割机的激光波长进行过滤防护,达到对人体的激光切割机激光的保护,这也是市场上较为安全方便的激光切割机的防护设备。
(2)人体如果有了足够的健康程度,对于激光切割机的稍微是可以抵御的。所以激光切割机操作人员要注意酌情多吃一些胡萝卜、豆芽、西红柿、瘦肉、动物肝等富含、C和蛋白质的食物,经常喝些绿茶等等。因为这些食物都能帮助人类较好的保护眼睛,让人体能够在激光切割机的条件下,较好的保护人体。
激光加工的应用
激光雕刻加工是激光系统常用的应用。根据激光束与材料相互作用的机理,大体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。
激光热加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程,包括激光焊接、激光雕刻切割、表面改性、激光镭射打标、激光钻孔和微加工等;光化学反应加工是指激光束照射到物体,借助高密度激光高能光子引发或控制光化学反应的加工过程。包括光化学沉积、立体光刻、激光雕刻刻蚀等。
原理
激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度,靠光热效应来加工的。 激光加工不需要工具、加工速度快、表面变形小,可加工各种材料。用激光束对材料进行各种加工,如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。 某些具有亚稳态能级的物质,在外来光子的激发下会吸收光能,使处于高能级原子的数目大于低能级原子的数目——粒子数反转,若有一束光照射,光子的能量等于这两个能相对应的差,这时就会产生受激,输出大量的光能。
从**激光产品的应用领域来看,材料加工行业仍是其主要的应用市场,占比为35.2%;通信行业排名*二,其所占比重为30.6%;另外,数据存储行业占据*三位,其所占比重为12.6%。
与传统加工技术相比,激光加工技术具有材料浪费少、在规模化生产中成本效应明显、对加工对象具有很强的适应性等优势特点。在欧洲,对汽车车壳与底座、飞机机翼以及航天器机身等特种材料的焊接,基本采用的是激光技术。
1、激光功率密度大,工件吸收激光后温度迅速升高而熔化或汽化,即使熔点高、硬度大和质脆的材料(如陶瓷、金刚石等)也可用激光加工;
2、激光头与工件不接触,不存在加工工具磨损问题;
3、工件不受应力,不易污染;
4、可以对运动的工件或密封在玻璃壳内的材料加工;
5、激光束的发散角可小于1毫弧,光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒,同时,大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至十千瓦量级,因而激光既适于精密微细加工,又适于大型材料加工;
6、激光束容易控制,易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合,实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度;
7、在恶劣环境或其他人难以接近的地方,可用机器人进行激光加工。
激光加工属于无接触加工,并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调,因此可以实现多种加工的目的。它可以对多种金属、非金属加工,特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点的材料。激光加工柔性大主要用于切割、表面处理、焊接、打标和打孔等。激光表面处理包括激光相变硬化、激光熔敷、激光表面合金化和激光表面熔凝等。
激光加工技术主要有以下特的优点:
①使用激光加工,生产效率高,质量可靠,经济效益。
②可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工;在恶劣环境或其他人难以接近的地方,可用机器人进行激光加工。
③激光加工过程中无“”磨损,无“切削力”作用于工件。
④可以对多种金属、非金属加工,特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点的材料。
⑤激光束易于导向、聚焦实现作各方向变换,易与数控系统配合、对复杂工件进行加工,因此它是一种为灵活的加工方法。
⑥无接触加工,对工件无直接冲击,因此无机械变形,并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调,因此可以实现多种加工的目的。
⑦激光加工过程中,激光束能量密度高,加工速度快,并且是局部加工,对非激光照射部位没有或影响小,因此,其热影响区小,工件热变形小,后续加工量小。
⑧激光束的发散角可<1毫弧,光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒,同时,大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至10kW量级,因而激光既适于精密微细加工,又适于大型材料加工。激光束容易控制,易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合,实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度。
激光加工技术已在众多领域得到广泛应用,随着激光加工技术、设备、工艺研究的不断深进,将具有更广阔的应用远景。由于加工过程中输入工件的热量小,所以热影响区和热变形小;加工效率高,易于实现自动化。
激光技术详解3
激光的特点
(一)定向发光
普通光源是向四面八方发光。要让发射的光朝一个方向传播,需要给光源装上一定的聚光装置,如汽车的车前灯和探照灯都是安装有聚光作用的反光镜,使光汇集起来向一个方向射出。激光器发射的激光,天生就是朝一个方向射出,光束的发散度小,大约只有0.001弧度,接行。1962年,人类次使用激光照射月球,地球离月球的距离约38万公里,但激光在月球表面的光斑不到两公里。若以聚光效果很好,看似平行的探照灯光柱射向月球,按照其光斑直径将覆盖整个月球。
(二)亮度高
在激光发明前,人工光源中高压脉冲氙灯的亮度高,与太阳的亮度不相上下,而红宝石激光器的激光亮度,能**过氙灯的几百亿倍。因为激光的亮度高,所以能够照亮远距离的物体。红宝石激光器发射的光束在月球上产生的照度约为0.02勒克斯(光照度的单位),颜色鲜红,激光光斑明显可见。若用功率强的探照灯照射月球,产生的照度只有约一万亿分之一勒克斯,人眼根本无法察觉。激光亮度高的主要原因是定向发光。大量光子集中在一个小的空间范围出,能量密度自然高。 激光的亮度与阳光之间的比值是**的,而且它是人类创造的。
激光的颜色
激光的颜色取决于激光的波长,而波长取决于发出激光的活性物质,即被后能产生激光的那种材料。红宝石就能产生深玫瑰色的激光束,它应用于领域,比如用于的和手术。公认贵重的气体之一的氩气能够产生蓝绿色的激光束,它有诸多用途,如激光印刷术,在显微手术中也是不可缺少的。半导体产生的激光能发出红外光,因此我们的眼睛看不见,但它的能量恰好能"解读"激光唱片,并能用于光纤通讯。
激光分离技术
激光分离技术主要指激光切割技术和激光打孔技术。激光分离技术是将能量聚焦到微小的空间,可获得105~1015W/cm2高的辐照功率密度,利用这一高密度的能量进行非接触、高速度、高精度的加工方法。在如此高的光功率密度照射下,几乎可以对任何材料实现激光切割和打孔。激光切割技术是一种摆脱传统的机械切割、热处理切割之类的全新切割法,具有更高的切割精度、更低的粗糙度、更灵活的切割方法和更高的生产效率等特点。激光打孔方法作为在固体材料上加工孔方法之一,已成为一项拥有特定应用的加工技术,主要运用在航空、航天与微电子行业中。
(三)颜色纯
光的颜色由光的波长(或频率)决定。一定的波长对应一定的颜色。太阳光的波长分布范围约在0.76微米至0.4微米之间,对应的颜色从红色到紫色共7种颜色,所以太阳光谈不上单色性。发射单种颜色光的光源称为单色光源,它发射的光波波长单一。比如氪灯、氦灯、氖灯、氢灯等都是单色光源,只发射某一种颜色的光。单色光源的光波波长虽然单一,但仍有一定的分布范围。如氖灯只发射红光,单色性很好,被誉为单色性**,波长分布的范围仍有0.00001纳米,因此氖灯发出的红光,若仔细辨认仍包含有几十种红色。由此可见,光的波长分布区间越窄,单色性越好。激光器输出的光,波长分布范围非常窄,因此颜色纯。以输出红光的氦氖激光器为例,其光的波长分布范围可以窄到2×10^-9纳米,是氪灯发射的红光波长分布范围的万分之二。由此可见,激光器的单色性远远**过任何一种单色光源。
(四)能量密度大
光子的能量是用E=hv来计算的,其中h为普朗克常量,v为频率。由此可知,频率越高,能量越高。激光频率范围3.846*10^(14)Hz到7.89510(14)Hz.电磁波谱可大致分为: (1)无线电波——波长从几千米到0.3米左右,一般的电视和无线电广播的波段就是用这种波;(2)微波——波长从0.3米到10^-3米,这些波多用在或其它通讯系统;(3)红外线——波长从10^-3米到7.8×10^-7米;(4)可见光——这是人们所能感光的狭窄的一个波段。波长从780—380nm。光是原子或分子内的电子运动状态改变时所发出的电磁波。由于它是我们能够直接感受而察觉的电磁波少的那一部分;(5)紫外线——波长从3 ×10^-7米到6×10^-10米。这些波产生的原因和光波类似,常常在放电时发出。由于它的能量和一般化学反应所牵涉的能量大小相当,因此紫外光的化学效应强;(6)伦琴射线—— 这部分电磁波谱,波长从2×10^-9米到6×10^-12米。伦琴射线(X射线)是电原子的内层电子由一个能态跳至另一个能态时或电子在原子核电场内减速时所发出的;(7)伽马射线——是波长从10^-10~10^-14米的电磁波。这种不可见的电磁波是从原子核内发出来的,物质或原子核反应中常有这种伴随着发出。γ射线的穿透力很强,对生物的破坏力很大。由此看来,激光能量并不算很大,但是它的能量密度很大(因为它的作用范围很小,一般只有一个点),短时间里聚集起大量的能量,用做也就可以理解了。
激光加工的有点和发展
在国外。激光发射器价钱十分昂贵(几十万到上百万不等),但由于激光加工设备具**械加工设备无法比拟的优势,所以在美、意、德等国度,激光设备加工已占到加工行业 60% 以上的份额。但是在中国,由于种种缘由,还处于推行阶段。
激光加工的优点:
1、范围普遍:二氧化碳激光可对任何非金属资料停止激光切割雕琢。并且价钱低廉!不会对材料形成机械挤压或机械应力。没有 “ 刀痕 ” 不伤害加工件的表面;不会使资料变形;
2、安全牢靠:采用非接触式激光加工;
3、准确细致:加工精度可到达 0.02mm,普通小于 0.5mm ;
4、节约环保:光束和光斑直径小,安全卫生;
5、效果分歧:保证同一批次的激光设备加工效果完整相同;
6、高速快捷:关于小批量激光设备加工效劳,可立刻依据电脑输出的图样停止高速激光雕琢和切割。
7、低廉:不受加工数量的限制,激光加工愈加。
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