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漫话激光加工

发布时间:2017.10.16 点击:2625

    激光:激光加工是一种能束加工方法,具有亮度高、方向性好和单色性好的相干光,因此在理论上可聚焦到尺寸与光的波长相近的小斑点上。焦点处的功率密度可达107~1011W/cm2,温度可高达万度以上。激光加工就是利用材料在激光聚焦照射下瞬时急剧熔化和气化,并产生很强的冲击波,使被熔化的物质爆炸式地喷溅来实现材料的去除。 

    激光原理起自1917年爱因斯坦发表的光的受激发射理论,50年代初的量子放大器实现了通过受激发射放大微波的作用,60年代美国休斯研究所的梅曼应用了红宇石激光实现了振荡,取得了光放大的激光,为70年代发展激光加工奠定了基础。 

    产生激光束的器件称为激光器,它的种类很多,按其工作物质的不同可分为问体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器和化学激光器等5种。激光束的输出方式有脉冲、连续和巨脉冲等3种。 

    激光加工具有以下特点: 

    1)几乎对所有金属材料和非金属材料如钢材、耐热合金、高熔点材料、陶瓷、宝石、玻璃、硬质合金和复合材料等都可加工。 

    2)加工效率高,可实现高速切割和打孔,也易于实现加工自动化和柔性加工。  

    3)加工作用时间短,除加工部位外,几乎有受热影响和不产生热变形。 

    4)非接触加上,工件不受机械切削力,无弹性变形,能加工易变形薄板和橡胶等工件。 

    5)由于激光束易实现空间控制和时间控制,能进行微细的精密图形加工。 

    6)不存在工具磨损和交换问题。 

    7)在大气中无能量损失,故加工系统的外围设备简单,不像电子束加工需要真空室。 

    8)可以通过空气、惰性气体或光学透明介质,故可对隔离室或真空室内工件进行加工。 

    9)加工时不产生振动和机械噪声。 

    激光加工主要应用于打孔和切割,此外还有激光划线。图形刻划、修边、动平衡校正、热处理、激光焊接和打标志等多种用途。 

    激光加工的安全等级 

    Class I:低输出激光(功率小于0.4mW),不论何种条件下对眼睛和皮肤,都不会超过MPE值,甚至通过光学系统聚焦后也不会超过MPE值。可以保证设计上的安全,不必特别管理。典型应用如激光教鞭,CD播放机,CD-ROM设备,地质勘探设备和实验室分析仪器等。 

    Class II:低输出的可视激光(功率0.4mW-1mW),人闭合眼睛的反应时间为0.25秒,用这段时间算出的曝光量不可以超过MPE值。通常1mW以下的激光,会导致晕眩无法思考,用闭合眼睛来保护,不能说完全安全,不要直接在光束内观察,也不要用Class II激光直接照射别人的眼睛,避免用远望设备观察Class II激光。典型应用如课堂演示,激光教鞭,瞄准设备和测距仪等。   

    Class III :中输出激光,光束若直接射入眼睛,会产生伤害,基于某些安全的理由,进一步分为IIIA和IIIB级。  

  IIIA级为可见光的连续激光,输出为1-5mW的激光束,光束的能量密度不要超过25W/m﹣m,避免用远望设备观察IIIA激光,这样可能增大危险。IIIA的典型应用和Class II级有很多相同之处,如激光教鞭,激光扫描仪等。 

  III B 级为5-500mW的连续激光,直接在光束内观察有危险。但小照射距离为13cm,照射时间十秒以下为安全。IIIB 

    激光的典型应用如光谱测定和娱乐灯光表演等。 

    ClassIV:高输出连续激光(大于500mW),高过第三级,有火灾的危险,扩散反射也有危险。典型应用如外科手术,研究,切割,焊接和显微机械加工等。 

  

    一般的激光设备应当有相应的安全保护措施: 

    (1)根据激光装置的级别,有关激光的安全或伤害具有充分的知识与认识的人来指导处理. 

    (2)三级以上的激光制作由有安全操作适当教育的人来执行。 

    (3)动作中的激光装置,假如不发出激光光,也不要探视光路中。 

    (4)激光共振器的调整,光轴调低时,会突然发射激光。要经常注意眼睛的位置来处理。 

    (5)CO2激光使用眼睛看不到的红外光大型激光时,附近的人要特别注意。  

    (6)不能避免反射光或乱射光时,在使用三级以上的激光时,可以使用保护眼镜......


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