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1、 1 安徽工业大学 本科毕业设计 论文 任务书 课题名称 激光与物质相互作用分析 学 院 专业班级 姓 名 学 号 毕业设计 论文 的主要内容及要求 主要内容 研读激光与物质相互作用论文 对激光加热 应力损伤 加工等过程进 行学习分析 完成论文归纳总结 本论文主要是研读激光与物质相互作用的书籍和文献 对激光加热 应 力损伤 加工等过程进行学习分析 通过对自己的学习分析 总结激光在加 工上的原理及应用 并完成论文的归纳总结 要求 1 具有查阅相关文献的能力 2 完成激光在不同方向应用的相关归纳总结工作 3 对所查阅文献 进行分析整理 完成相关 工作 学生需自备计 算机 指指导导教教师师签签字字
2、2 激光与物质相互作用综述分析 摘摘 要要 本文主要讲激光与物质热效应和激光对物质的加工 以及此过程中产生 的热应力 回顾近代的科技发明 激光器的诞生无疑是一个的亮点 激光以 其无与伦比的技术优势正继微电子技术之后 推动人类科学技术进入新的发 展阶段 激光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 将激光束照射到工件的外表 以激光的高能量来切除 熔化质料以及 转变物体外表性能 而且激光束的能量和光束的移动速率均可调治 所以激 光加工可应用于任意层面和领域上 由于激光加工热影响区域小 光束方向 性好 几乎可以加工任何材料 由于激光加工的特殊特点 其发展前景广阔 目前已广泛应用于
3、激光焊接 激光切割 表面改性 激光打标 切削加工 快速成形 激光钻孔和基板划片 半导体处理等 激光几乎能适应任何材料 的加工制造 尤其在一些有特殊精度和要求 特别场合和特种材料的加工制 造方面起着无可替代的作用 而且 激光因具有单色性 相干性和平行性三大 特点 特别适用于材料加工 激光的空间控制性和时间控制性很好 对加工 对象的材质 形状 尺寸和加工环境的自由度都很大 特别适用于自动化加 工 激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备 已 成为企业实行适时生产的关键技术 与此同时 激光加工过程中产生的热应 力损伤和能量转换效率问题也会给生产带来一定困扰 本文分别从激光加工 技术
4、的原理及其应用综合品评了激光加工较传统加工技术的优劣性 说明其 在制造行业中的作用 关关键键词词 激光加热 激光加工 焊接 打孔 切割 3 A AB BS ST TR RA AC CT T This article is mainly about the laser and the material thermal effects and laser material processing and this thermal stress generated in the process Recalling modern technological inventions the birth of
5、 the laser is undoubtedly one of the highlights the laser is its unparalleled technical advantages Following microelectronics technology science and technology to promote human development into a new phase Laser processing is the use of a laser beam is projected onto the surface of the material to c
6、omplete the effect of heat generated during processing the laser beam is irradiated to the workpiece appearance with high energy laser to cut the molten material and the appearance properties of the object changes And the laser beam energy and beam moving speed can be modulating the laser processing
7、 can be applied to any level and areas Because the laser processing heat affected zone is small light good direction almost any material can be processed As a special feature of laser processing and its development prospects has been widely used in laser welding laser cutting surface modification la
8、ser marking cutting rapid prototyping laser drilling and dicing the substrate a semiconductor processing Laser can adapt to almost any material processing and manufacturing especially in some special accuracy 4 and requirements special occasions and special materials processing and manufacturing pla
9、ys an irreplaceable role And because the laser has a monochromatic coherent and parallelism three characteristics especially for materials processing Controlling the laser space and time controlled well the material of the object to be processed shape size and processing environment of freedom are l
10、arge especially suitable for automated processing Laser processing systems and computer numerical control technology combined with efficient automated processing equipment may constitute timely production enterprises have become the key technology at the same time laser processing thermal stress gen
11、erated in the process and energy conversion efficiency of injury problems will bring to production certain problems This paper from the laser processing technique and its application of integrated tasting laser processing advantages and disadvantages compared to traditional processing techniques ind
12、icating its role in the manufacturing industry Keywords laser heating Laser processing welding drilling cutting 5 目目 录录 第 1 章 绪 论 7 1 1 激光与物质相互作用 综述简述 8 1 2 课题的来源 8 1 3 本课题的研究思路与研究方法 9 1 4 本章小结 10 第 2 章 激光加热物质 11 2 1 加热原理 11 2 2 激光热蒸发 12 2 3 物质的熔化与汽化 13 2 3 激光等离子体屏蔽现象 14 2 4 本章小结 14 第 3 章 激光与物质作用的热应
13、力 15 3 1 激光与物质作用热应力的定义 15 3 2 产生热应力的原因 15 3 3 热应力的主要特点 15 3 4 热应力的计算 15 3 5 热应力损伤 18 3 5 本章小结 18 第 4 章 激光加工 19 4 1 激光切割 19 4 1 1 激光切割原理 19 4 1 2 激光切割的分类 19 4 1 3 激光切割的特点 20 4 1 4 激光切割的应用 21 4 2 激光焊接 21 4 2 1 激光焊接原理 22 4 2 2 激光焊接分类 24 4 3 3 激光焊接优点和局限性 24 4 3 4 激光焊接应用 25 4 3 激光打孔 27 4 3 1 激光打孔原理 27 4
14、3 2 激光打孔分类 27 4 3 3 激光打孔特点 28 4 3 4 激光打孔应用 31 4 4 本章小结 31 第 5 章 总结与展望 32 5 1 课题的总结 32 5 2 课题的展望 32 致谢 33 参考文献 34 6 附录 1 英文原文 36 附录 2 英文翻译 44 第第 1 1 章章 绪绪 论论 1 1 1 1 激激光光与与物物质质相相互互作作用用综综述述简简述述 激光与物质相互作用综述 主要是 研读激光与物质相互作用 的书籍 和文献 对激光加热 应力损伤 加工等过程进行学习分析 通过对相关 书籍和文献的学习 总结激光在加工上的原理及应用 1 1 2 2 课课题题来来源源 作为
15、 20 世纪科学技术发展的主要标志和现代信息社会光电子技术的支 柱之一 激光技术和激光产业的发展受到世界先进国家的高度重视 激光加 工是国外激光应用中最大的项目 也是对传统产业改造的重要手段 主要是 kW 级到 10kW 级 CO2激光器和百瓦到千瓦级 YAG 激光器实现对各种材料的切 割 焊接 打孔 刻划和热处理等 如下图 激光加工的一些实例 图 1 1 激光加工出来的工艺品 7 图 1 2 激光在钢板打孔 图 1 3 激光切割工程图 激光加工应用领域中 CO2激光器以切割和焊接应用最广 分别占到 70 和 20 表面处理则不到 10 而 YAG 激光器的应用是以焊接 标记 50 和切割 1
16、5 为主 在美国和欧洲 CO2激光器占到了 70 80 我 国激光加工中以切割为主的占 10 其中 98 以上的 CO2激光器 功率在 1 5kW 2kW 范围内 而以热处理为主的约占 15 大多数是进行激光处理汽 车发动机的汽缸套 这项技术的经济性和社会效益都很高 故有很大的市场 前景 1 1 2 2 如下图 工业用稳定激光器 图 1 4 适用性能高及稳定的激光加工器 在汽车工业中 激光加工技术充分发挥了其先进 快速 灵活地加工 特点 如在汽车样机和小批量生产中大量使用三维激光切割机 不仅节省了 样板及工装设备 还大大缩短了生产准备周期 激光束在高硬度材料和复杂 而弯曲的表面打小孔 速度快而不产生破损 激光焊接在汽车工业中已成为 标准工艺 日本 Toyota 已将激光用于车身面板的焊接 将不同厚度和不同 8 表面涂敷的金属板焊接在一起 然后再进行冲压 虽然激光热处理在国外不 如焊接和切割普遍 但在汽车工业中仍应用广泛 如缸套 曲轴 活塞环 换向器 齿轮等零部件的热处理 在工业发达国家 激光加工技术和计算机 数控技术及柔性制造技术相结合 派生出激光快速成形技术 该项技术不仅 可以快速制
