光纤激光焊接成形实验
一、 实验目的
1. 了解激光焊接热导焊和深熔焊两种焊接模式的原理，特别要掌握激光焊接深熔焊的原理。
2. 了解激光焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律，利用实验方法获得焦点位置、激光功率和焊接速度对激光焊接焊缝成形的影响规律。
3. 测定焦点位置对激光焊接熔化效率的影响曲线。
二、 实验内容
1. 学习并掌握激光深熔焊接的原理，主要包括小孔的形成，等离子体的产生和对焊接过程的影响，以及激光深熔焊焊接的焊缝形成特征。
2. 利用2KW 光纤激光器焊接低碳钢样品，焊后制备焊缝横断面的金相试样，用光学显微镜观察并记录不同焊接工艺条件下焊缝成形的特点，测试焊缝熔深和焊缝宽度随焦点位置、激光功率和焊接速度的规律变化。
3. 测试焊缝断面面积，得到焦点位置对激光焊接熔化效率的影响。
三、 实验原理简述
激光焊接是利用一种高能量密度的激光束进行材料连接成形的方法。激光焊接系统一般由激光器、光路系统和聚焦系统、工作台组成。
激光焊接可以两种方式进行，一种是基于小孔效应的激光深熔焊，另外一种是基于热传导的激光热导焊。激光深熔焊的主要原理如下：当功率密度高于52510/W cm ?时，激光束照射在材料的表面，材料产生蒸发并形成小孔。深熔焊过程产生的金属蒸汽和保护气体，在激光作用下发生电力，从而在小孔内部和上空形成等离子体，这个充满金属蒸汽和等离子体的小孔就像一个黑体，入射激光进入小孔后经过小孔逼的多重反射吸收后可达到90%以上的激光能量被小孔吸收，小孔周围的金属就是被小孔壁传递的能量所熔化。随着光束的移动，小孔前壁的液态金属材料被连续蒸发，小孔就以一种动态平衡的状态像前移动，包围小孔的熔融金属沿小孔周围向后流动，随后冷却并凝固形成焊缝。激光热导焊的主要原理如下：当功率密度不高于5
2
510/W cm ?时，主要是基于热传导的方式进行焊接，由于通常情况下金属材料对激光的反射率较高，因此这种焊接方法获得的焊缝熔深很小。
四、 实验步骤
1. 准备低碳钢试样100603m m m m m m ??若干块，表面用砂纸打磨去锈，并用丙酮清洗赶紧。并在每块试样上划出焊接位置。
2. 焊前调节A r 的气流量，轴向气体400/L h 。
3. 将工件装卡好，启动数控机床并调整焊接喷嘴的位置，并完成机床的编程。
4. 严格按照操作规程启动激光器。
5. 分别通过改变焦点位置、激光功率和焊接速度，并进行激光焊接，得到不同的焊缝，每组分别改变参数5组，保证焊接过程从热导焊变化到深熔焊。焊接过程中仔细观察不同状态下的焊接特点及等离子体的声光特征。
6. 焊后将试样取出，记录实验时间和所用激光器机时，关闭激光器和数控机床，并清扫工作台。
7. 将试样沿横截面面剖开，并制备金相试样，利用光学显微镜测量焊缝宽度和深度。 说明：为了节省实验时间和保证实验的完成进度，实际实验时分作两部分。其一，是激光的功率、焊接速度和焦点位置对激光焊接焊缝的影响。其二，直接利用已经做好的金相样品来测量，省略制取金相样品的过程。
五、 实验记录与分析
1. 现象记录
1) 当激光焊接速度一定，焦点位置为0f ?=，激光功率从小到大变化时，可以发现：
焊接过程由热导焊变化到了深熔焊，焊缝熔宽变宽，熔深也加深，直到完全焊透金属材料。
2) 当激光焊接功率一定，焦点位置为0f ?=激光的焊接速度由小到大变化时，可以
发现：焊缝熔宽变窄，熔深变浅。
3) 当激光焊接功率一定，激光功率一定，焦点位置变化时，可以发现：随||f ?的增
大，焊缝熔宽变窄，熔深变浅。
2. 数据记录与分析
1) 仅功率变化时，数据表格如下表示：
因素：功率 P ↑ V=15m/min f ?=0 P 1 2 3 4 5 6 7 8 功率/W 300 400 500 600 700 800 900 1000 熔宽/mm 0.3 0.4 0.5 0.8 0.7 0.7 0.8 0.7 熔深/mm
0.7
1.1
1.5
1.8
1.8
2.2
3
3
00.1
0.20.30.40.50.60.7
0.80.90
200
400
600
800
1000
1200
熔宽随功率变化曲线
熔宽/mm
分析：
从曲线上来看，随激光功率的增加，焊缝熔宽越来越宽，当功率超过600W ，熔宽基本稳定在0.7~0.8m m 。这是由于，随着激光功率的增加，焊接过程由热导焊、热导焊和深熔焊随机出现、深熔焊依次出现，从不形成小孔到小孔间断性的产生和消失，再到稳定存在。其中小孔的直径就是熔宽，而小孔的大小一方面和激光功率、激光的聚焦半径有关，另一方面和小孔材料，即焊缝金属散热效率有关，二者达到平衡时的小孔直径为实际熔宽。因此，焊缝熔宽随着激光功率的增大而增大。当小孔直径与激光聚焦直径相当时，熔宽基本不变化。
随激光功率的增加，焊缝熔深越来越大，当激光功率超过900W 时，这种工艺参数下，钢板已经完全焊透，熔深为3m m 。这是因为焊接体能量与激光功率呈正比，激光功率密度随着激光功率增大而增大，焊接体能量也随之增大。因而在单位时间内将有更多的激光束能量辐照到小孔底部，激光束对孔底的辐照加热作用增强，孔底蒸发的材料越多，焊缝熔深也就越深，直到达到最大熔深，即完全把焊接体焊透。
00.5
11.522.53
3.50
200
400
600
800
1000
1200
熔深随功率变化曲线
熔深/mm
因素：速度 V ↑ P=1000W f =0 V 1 2 3 4 5 6 7 8 速度/m/min 0.5 1 1.5 2 3 4 5 6 熔宽/mm 0.8 0.8 0.7 0.6 0.6 0.5 0.5 0.5 熔深/mm
3
3
2.6
2.5
2.1
2
1.7
1.7
分析：
由上图两支曲线可知，随焊接速度的增大，焊缝熔深和熔宽均减小。焊接速度
和激光功率密度一起影响焊接区域的热输入。在激光功率不变的情况下，当焊接速度增大时，焊接区域的热输入减小，熔池变小，表现在焊缝成形上则是焊缝熔深变浅、熔宽变窄。
00.10.20.30.4
0.50.60.70.80.90
2
4
6
8
熔宽随焊接速度变化曲线
熔宽/mm
0.511.522.5
33.502468
熔深随焊接速度变化曲线
熔深/mm
因素：焦点
f ?- ↑ P=1000W v=1.5m/min
f ?-
1 2 3 4 5 6 7 8 入焦/mm 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 熔宽/mm 1.1 1.1 1 0.97 1 0.8 0.8 0.8 熔深/mm 3
3
2.5
2.3
2.1
1.8
1.4
1.3
因素：焦点
f ?+ ↑ P=1000W v=1.5m/min
f ?+
1 2 3 4 5 6 7 8 入焦/mm 0 1 2 3 4 5 6 7 熔宽/mm 1.3 1.2 1.2 1 0.9 0.8 0.8 0.8 熔深/mm
3
3
3
3
1.9
1.5
1.2
1.1
0.20.40.6
0.811.21.4-10
-5
5
10
熔宽随焦点位置变化曲线
熔宽/mm
0.511.522.5
33.5-10-50510
熔深随焦点位置变化曲线
熔深/mm 熔深/mm
分析：
从曲线看，最佳焦点位置在0
f?=处，当||f?增加时，焊缝熔深变浅、熔宽变窄。这是由于焦点位置影响的是激光的功率密度，最佳焦点位置时，焊接区域
在竖直方向上正好处于焦点平面，此平面上，激光光束面积最小，即功率密度最
大。其他参数不变的情况下，焊接区域的热输入与激光功率密度成正比。因此，
当||f?增加时，焊接区域的热输入会减小，导致熔池变小，表现在焊缝成形上则
是焊缝熔深变浅、熔宽变窄。
六、思考题
1.激光焊接中的主要参数包括哪些，分别是如何影响焊缝成形的？
答：激光焊接主要参数有如下：
（1）激光功率。当达到某一能量密度阈值时，熔深会大大增加（由热导焊变化成深熔焊）。对于一定直径的激光束，熔深随着光束功率提高而增加。
（2）光束焦斑。决定功率密度的大小，焦斑越小，功率密度越大，熔深越大，而熔宽最大值应该和焦斑大小相当。
（3）材料吸收值。材料吸收值与输入的激光功率共同决定焊接区域的热输入，因此，吸收值越大，热输入就越多，焊缝熔深越大、熔宽越大。
（4）焊接速度。焊接速度越快，焊缝熔宽越窄、熔深越浅。
（5）保护气体。主要考虑到保护气体的电力难易程度。越是容易电离的保护气体，在金属蒸汽吸收激光能量时，等离子气体也会吸收，消耗掉输入的激
光能量，造成能量利用率降低，焊缝熔宽变窄、熔深变浅。
（6）焦点位置。越是偏离焦点平面，焊缝熔宽越窄、熔深越浅。
（7）激光束位置。主要影响工件对激光束的吸收。
2.激光焊接的主要特点是什么，相对传统的焊接方法，存在何种优势？激光焊接又
有哪些缺陷和不足？
答：激光焊接的主要特点有：
(1) 高的深宽比。因为熔融金属围着圆柱形高温蒸气腔体形成并延伸向工件，
焊缝就变成深而窄。
(2) 最小热输入。因为小孔内的温度非常高，熔化过程发生得极快，输入工件
热量很低，热变形和热影响区很小。
(3) 高致密性。因为充满高温蒸气的小孔有利于焊接熔池搅拌和气体逸出，导
致生成无气孔的熔透焊缝。焊后高的冷却速度又易使焊缝组织细微化。
(4) 强固焊缝。因为炽热热源和对非金属组分的充分吸收，降低杂质含量、改
变夹杂尺寸和其在熔池中的分布。焊接过程无需电极或填充焊丝，熔化区受污染少，使得焊缝强度、韧性至少相当于甚至超过母体金属。
(5) 精确控制。因为聚焦光点很小，焊缝可以高精确定位。激光输出无“惯性”，
可在高速下急停和重新起始，用数控光束移动技术则可焊接复杂工件。
(6) 非接触大气焊接过程。因为能量来自光子束，与工件无物理接触，所以没
有外力施加工件。另外，磁和空气对激光都无影响。
主要优点有：
(1) 由于聚焦激光比常规方法具有高得多的功率密度，导致焊接速度快，受热
影响区和变形都很小，还可以焊接钛等难焊的材料。
(2) 因为光束容易传输和控制，又不需要经常更换焊枪、喷嘴，又没有电子束
焊接所需的抽真空，显著减少停机辅助时间，所以有荷系数和生产效率都高。
(3) 由于纯化作用和高的冷却速度，焊缝强度、韧性和综合性能高。
(4) 由于平均热输入低，加工精度高，可减少再加工费用；另外，激光焊接运
转费用也较低，从而可降低工件加工成本。
(5) 对光束强度和精细定位能有效控制，容易实现自动化操作。
主要缺点有：
(1) 焊接深度有限。
(2) 工件装配要求高。
(3) 激光系统一次性投资较高
3.如何测量或计算激光深熔焊的临界功率密度？
答：。固定焊接速度和焦点位置，改变激光功率在试样表面进行扫描焊接，然后采用读数显微镜测量焊接深度，并绘制出焊接深度与激光功率的对应关系曲线，即可得出相应条件下激光深熔焊接的临界功率，然后对光斑内的功率密度分布进行诊断和分析，以确定激光深熔焊接的临界功率密度。
4.请谈谈对本实验的认识、感想或建议。
答：本实验，我们了解并掌握了激光焊接的特点、过程、工艺参数对焊缝质量的影响等。特别是熟悉了激光焊接的基本操作，动手能力有了很大的提高。
建议：一.本次实验由原来的
CO激光焊接变成现在的光纤激光焊接，希望能够
2
更新教材资料。
二.鉴于本实验实验时间仍比较多，希望能够把我们自己焊接的样品提取一些试
样作为测量对象，实验室给的金相样品作为后备资源，以增强同学们的动手能力。
激光焊接的工作原理及其主要工艺参数 目前常用的焊接工艺有电弧焊、电阻焊、钎焊、电子束焊等。电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法，它包括手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等。但上述各种焊接方法都有各自的缺点，比如空间限制，对于精细器件不易操作等，而激光焊接不但不具有上述缺点，而且能进行精确的能量控制，可以实现精密微型器件的焊接。并且它能应用于很多金属，特别是能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。 激光指在能量相应与两个能级能量差的光子作用下，诱导高能态的原子向低能态跃迁，并同时发射出相同能量的光子。激光具有方向性好、相干性好、单色性好、光脉冲窄等优点。激光焊接是利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接，这种焊接通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。激光焊接从上世纪60年代激光器诞生不久就开始了研究，从开始的薄小零器件的焊接到目前大功率激光焊接在工业生产中的大量的应用，经历了近半个世纪的发展。由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点，近年来正成为金属材料加工与制造的重要手段，越来越广泛地应用在汽车、航空航天、造船等领域。虽然与传统的焊接方法相比，激光焊接尚存在设备昂贵、一次性投资大、技术要求高的问题，但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线。 2. 激光焊接原理 2.1激光产生的基本原理和方法 光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子。微观粒子都具有一套特定的能级，任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的状态，物质与光子相互作用时，粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差△E，频率为ν=△E/h。爱因斯坦认为光和原子的相互作用过程包含原子的自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。我们考虑原子的两个能级E1和E2，处于两个能级的原子数密度分别为N1和N2。构成黑体物质原子中的辐射场能量密度为ρ，并有E2 -E1=hν。 2.1.自发辐射 处于激发态的原子如果存在可以接纳粒子的较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率自发地从高能级激发态（E2）向低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子，光子频率ν=（E2-E1）/h。这种辐射过程称为自发辐射。自发辐射发出的光，不具有相位、偏振态上的一致，是非相干光。 2.2.受激辐射 除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。当频率为ν=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，这个过程称为受激辐射。 2.3.受激吸收 受激辐射的反过程就是受激吸收。处于低能级E1的一个原子，在频率为的辐射场作用下吸收一个能量为hν的光子，并跃迁至高能级E2，这种过程称为受激吸收。自发辐射是不相干的，受激辐射是相干的。 由受激辐射和自发辐射的相干性可知，相干辐射的光子简并度很大。普通光源在红外和可见光波段实际上是非相干光源。如果能够创造这样一种情况：使得腔内某一特定模式的ρ很大，而其他所有模式的都很小，就能够在这一特定模式内形成很高的光子简并度，使相干
激光焊接的工作原理及其主要工艺参数摘要：焊接技术主要应用在金属母材热加工上，常用的有电弧焊，电阻焊，钎焊， 电子束焊，激光焊等多种，本文详细介绍了激光焊接的工作原理与工艺参数，还讨论了激光焊接技术在现代工业中的应用，并与其他焊接方法进行对比。研究表明激光焊接技术将逐步得到广泛应用。 关键词：焊接技术；激光焊接；工作原理；工艺参数。 1. 引言 目前常用的焊接工艺有电弧焊、电阻焊、钎焊、电子束焊等。电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法，它包括手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等。但上述各种焊接方法都有各自的缺点，比如空间限制，对于精细器件不易操作等，而激光焊接不但不具有上述缺点，而且能进行精确的能量控制，可以实现精密微型器件的焊接。并且它能应用于很多金属，特别是能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。 激光指在能量相应与两个能级能量差的光子作用下，诱导高能态的原子向低能态跃迁，并同时发射出相同能量的光子。激光具有方向性好、相干性好、单色性好、光脉冲窄等优点。激光焊接是利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接，这种焊接通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。激光焊接从上世纪60年代激光器诞生不久就开始了研究，从开始的薄小零器件的焊接到目前大功率激光焊接在工业生产中的大量的应用，经历了近半个世纪的发展。由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点，近年来正成为金属材料加工与制造的重要手段，越来越广泛地应用在汽车、航空航天、造船等领域。虽然与传统的焊接方法相比，激光焊接尚存在设备昂贵、一次性投资大、技术要求高的问题，但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线。 2. 激光焊接原理 2.1激光产生的基本原理和方法 光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子。微观粒子都具有一套特定的能级，任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的状态，物质与光子相互作用时，粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差△E，频率为ν=△E/h。爱因斯坦认为光和原子的相互作用过程包含原子的自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。我们考虑原子的两个能级E1和E2，处于两个能级的原子数密度分别为N1和N2。构成黑体物质原子中的辐射场能量密度为ρ，并有E2 -E1=hν。 2.1.自发辐射 处于激发态的原子如果存在可以接纳粒子的较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率自发地从高能级激发态（E2）向低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子，光子频率ν=（E2-E1）/h。这种辐射过程称为自发辐射。自发辐射发出的光，不具有相位、偏振态上的一致，是非相干光。 2.2.受激辐射 除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。当频率为ν=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，
目录 1 实验课题 (1) 2 实验目标 (1) 3 实验原理 (1) 3.1 轧制实验原理 (1) 3.1.1 轧制原理 (1) 3.1.2 轧制力测定原理 (1) 3.2 拉伸实验原理 (2) 4 实验参数设定 (3) 4.1 轧制实验参数的确定 (3) 4.1.1 试样参数的设定 (3) 4.1.2 轧制参数的设定 (3) 4.2 拉伸实验参数的确定 (3) 5 实验内容 (4) 5.1 轧制实验 (4) 5.1.1实验仪器及材料 (4) 5.1.2实验步骤 (4) 5.2 拉伸实验 (4) 5.2.1 实验仪器及材料 (4) 5.2.2实验步骤 (4) 6 实验结果与分析 (5) 6.1 轧制实验结果 (5) 6.2 分析与讨论 (8) 6.2.1 轧制实验 (8) 6.2 拉伸实验结果 (10) 7 实验小结 (15)
综合实验 1 实验课题 变形程度对金属板材冷轧变形力和机械性能的影响。 2 实验目标 通过改变压下量h ?，即改变变形程度h ε（H h H h H h //)(?=-=ε）实验参数分别进行冷轧和拉伸试验，以此来研究铝板在进行同步冷轧时轧制力随变形程度的变化规律，以及在不同压下量时钢板的机械性能（主要为屈服强度s σ和抗拉强度b σ）的影响。 3 实验原理 3.1 轧制实验原理 3.1.1 轧制原理 同步轧制是指上下两轧辊直径相等，转速相同，且均为主动辊、轧制过程对两个轧辊完全对称、轧辊为刚性、轧件除受轧辊作用外，不受其它任何外力作用、轧件在入辊处和出辊处速度均匀、轧件的机械性质均匀的轧制。在轧制过程中，同步轧制变形区金属在前滑区，后滑区上下表面摩擦力都是指向中性面，中性面附近单位下力增强，使平均单位轧制增大。同步轧制时单位轧制压力沿变形区长度方向的类似抛物线形状分布。 3.1.2 轧制力测定原理 目前测量轧制力的方法有两种：应力测量法和传感器法。而传感器测量法又有电容式、 柱作为弹性元件。圆柱体在轧制力作用下产生形变使得应变片的电阻发生变化，将这些应变片按一定的方式连接起来，在接入电桥，就可得到一个与轧制力成比例关系的输出电压，从而将力参数转变成电信号，其原理图如图2所示。
手持式光纤激光焊接机 佛山市富兰激光科技 佛山市富兰激光科技有限公司（简称：富兰激光）是一家集激光设备的研发、生产、销售、服务为一体的高新技术企业，专业致力于为国内外客户，提 供一整套激光加工设备及激光自动化集成、各种自动化生产线。主要产品包括：激光打标机、激光焊接机、激光喷码机、激光雕刻机等激光设备，以及自动化 配套系统。公司有专业的研发团队，可以为客户量身定做非标激光设备。所生 产的激光打标机享多项国家发明专利、技术专利和实用专利，通过欧盟CE等多项认证。 下面，主要为大家简单地介绍一下富兰激光所生产的激光焊接机系列之手 持式光纤激光焊接机： 特点描述： 1、高深宽比，焊缝宽度小，热影响区小，变形小，焊接速度快； 2、焊缝平整、美观，焊后无需处理或只需简单处理工序； 3、光纤激光器电光转换效率高，可高达于25%，能耗极低； 4、光学器件寿命长，基本实现免维护； 5、符合人体工程学手持式焊接头，操作简单； 6、可精确控制，聚焦光点小，定位精度高，可实现自动化激光焊接；
7、操作简单，即培训即上岗，操作员只需通过控制电脑软件来驱动激光焊接机，既可完成自动或半自动的点焊、对接焊、叠加焊、密封焊，也可针对复杂的平面直线、圆弧及任意轨迹的焊接。 应用领域： 主要应用于电子元器件、汽车配件、仪器仪表、精密机械、通讯设备等行业不锈钢、碳钢、硅钢、铝合金、钛合金、镀锌板、镀铝锌板、铜等多种金属材料的快速焊接以及某些异种材质间的焊接。 激光小知识：光纤激光器主要由泵浦源，耦合器，掺稀土元素光纤，谐振腔等部件构成。泵浦源由一个或多个大功率激光二极管阵列构成，其发出的泵浦光经特殊的泵浦结构耦合入作为增益介质的掺稀土元素光纤，泵浦波长上的光子被掺杂光纤介质吸收，形成粒子数反转，受激发射的光波经谐振腔镜的反馈和振荡形成激光输出。
CO2激光焊接成形实验报告 1.实验目的 (1)了解激光焊接热导焊和深熔焊两种焊接模式的原理，特别要掌握激光深熔焊的原理。 (2)了解激光焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律，利用实验方法获得焦点位置、激光功率 和焊接速度等对激光焊接焊缝成形的影响规律。 (3)测定焦点位置对激光焊接熔化效率的影响曲线。 2.实验内容 (1)学习并掌握激光深熔焊接的原理，主要包括小孔的形成、等离子体的产生和对焊接过程 的影响，以及激光深熔焊接的焊缝成形特征。 (2)利用2kW光纤激光器焊接低碳钢样品，焊后制备焊接横断面的金相试样，用光学显微 镜观察并记录不同焊接工艺条件下焊缝成形的特点，测试焊缝熔深和焊缝宽度随焦点位置、激光功率和焊接速度的变化规律。 (3)测量焊缝断面面积，得到焦点位置对激光焊接熔化效率的影响。 3.实验原理 激光焊接是一种利用高能量密度的激光束进行材料连接成形的方法。激光束经聚焦后可达到极高的功率密度，比常规热源的功率密度至少要高出两个数量级，因此激光可以熔化甚至汽化任何材料，可进行局部区域的微细焊接；焊接过程输入的线能量小，因此热影响区和热变形均很小；焊接速度高，可大大提高生产效率；光束易于传输，容易实现焊接自动化。 激光焊接系统一般由激光器、光路传输和聚焦系统、工作台组成。常用的大功率激光器主要有两类，一种是以CO2气体作为工作物质的激光器，称CO2激光器，可以输出10.6μm 波长的连续或脉冲激光；另一种是以掺钕钇铝石榴石晶体为工作物质的固体激光器，简称Nd:YAG或YAG激光器，可以输出1.06μm波长的连续或脉冲激光。 激光焊接可以两种模式进行，一种是基于小孔效应的激光深熔焊，另外是基于热传导方式的激光热导焊。激光深熔焊的原理如下：当功率密度高于5×105W/cm2的激光束照射在金属材料表面时，材料产生蒸发并形成小孔。深熔焊过程产生的金属蒸汽和保护气体，在激光作用下发生电离，从而在小孔内部和上方形成等离子体，这个充满金属蒸汽和等离子体的小孔就像一个黑体，入射激光进入小孔后经小孔壁的多次反射吸收后可达到90%以上的激光能量被小孔吸收，小孔周围的金属就是被小孔臂传递的能量所熔化。随着光束的移动，小孔前壁的液态金属材料被连续蒸发，小孔就以一种动态平衡的状态向前移动，包围小孔的熔融金属沿小孔周围向后流动，随后冷却并凝固形成焊缝。激光热导焊则是在功率密度低于5×105W/cm2下，基于热传导的焊接方法。由于通常情况下金属对激光的反射率较高，因此这种焊接方法获得的焊缝熔深很小。 在激光焊接中，激光功率、焊接速度和焦点位置是影响焊缝成形的主要参数，另外保护气体种类和流量也对焊缝成形产生重要影响。焦点位置是指光束焦点距工件表面的相对距离，定义焦点在工件表面以下为正（称入焦），反之为负（称离焦）。 焊缝成形参数主要包括熔深和焊缝宽度，激光焊接时，在同样的激光功率和焊接速度下，不同的焦点位置会影响聚焦光斑大小，从而影响作用在工件表面的激光功率密度，其结果会形成不同深度的小孔甚至不能形成小孔效应，产生不同熔深的焊缝。激光功率和焊接速度直接影响了输入的线能量，会导致焊缝成形的变化。
塑料成型加工技术实验报告范文 篇一：材料加工实验报告(注塑成型CAE分析实验) 一、实验目的 1、掌握注塑成型工艺中各参数如塑件材料、成型压力、温度、注射速度、浇注系统等因素对其成型质量的影响大小。 2、了解塑件各种成型缺陷的形成机理，以及各工艺参数对各种缺陷形成的影响大小。 3、初步了解注塑成型分析软件Moldflow的各项功能及基本操作。 4、初步了解UG软件三维建模功能。 5、初步了解UG软件三维模具设计功能。 二、实验原理 1、Moldflow注塑成型分析软件的功能十分齐全，具有完整的分析模块，可以分析出注塑成型工艺中各个参数如塑件材料、成型压力、温度、注射速度、浇注系统等因素对成型质量的影响，还可以模拟出成型缺陷的形成，以及如何改进等等，还可以预测每次成型后的结果。 2、注射成型充填过程属于非牛顿体、非等温、非稳态的流动与传热过程，满足黏性流体力学和基本方程，但方程过于复杂所以引入了层流假设和未压缩流体假设等。最后通过公式的分析和计算，就可以得出结果。 三、实验器材 硬件：计算机、游标卡尺、注塑机、打印机
软件：UG软件、Moldflow软件 四、实验方法与步聚 1、UG软件模型建立和模具设计（已省去）； 2、启动Moldflow软件； 3、新建一个分析项目； 4、输入分析模型文件； 5、网格划分和网格修改； 6、流道设计； 7、冷却水道布置； 8、成型工艺参数设置； 9、运行分析求解器； 10、制作分析报告 11、用试验模具在注塑机上进行工艺试验（已省去）； 12、分析模拟分析报告（省去与实验结果相比较这一步骤）； 13、得出结论 五、前置处理相关数据 1.网格处理情况 1）进行网格诊断，可以看到网格重叠和最大纵横比等问题；2）网格诊断，并依次修改存在的网格问题； 3）修改完后，再次检查网格情况。 2.材料选择及材料相关参数 在在方案任务视窗里双击第四项材料，弹出如图材料选择窗可直接选常用材料，也可根据制造商、商业名称或全称搜索 3. 工艺参数设置 双击方案任务视窗里的“成型条件设置”，这里直接用默认值。 4. 分析类型设置（1）最佳浇口位置分析 分析结果：
激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一，又常称为激光焊机、镭射焊机，按其工作方式常可分为激光模具烧焊机（手动焊接机）、自动激光焊接机、激光点焊机、光纤传输激光焊接机，光焊接是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材料熔化后形成特定熔池以达到焊接的目的。 一、激光焊接的主要特性。 20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。 高功率CO2及高功率YAG激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域。获得了以小孔效应为理论基础的深熔焊接，在机械、汽车、钢铁等工业领域获得了日益广泛的应用。 与其它焊接技术相比，激光焊接的主要优点是： 1、速度快、深度大、变形小。 2、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。 3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。 4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。 5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。 6、可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。尤其是近几年来，在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。 7、激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。 但是，激光焊接也存在着一定的局限性： 1、要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。这是因为激光聚焦后光斑尺雨寸小，焊缝窄，为加填充金属材料。若工件装配精度或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺憾。 2、激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资较大。 二、激光焊接热传导。
塑料成型加工技术实验报告范文 一、实验目的 1、掌握注塑成型工艺中各参数如塑件材料、成型压力、温度、注射速度、浇注系统等因素对其成型质量的影响大小。 2、了解塑件各种成型缺陷的形成机理，以及各工艺参数对各种缺陷形成的影响大小。 3、初步了解注塑成型分析软件Moldflow的各项功能及基本操作。 4、初步了解UG软件三维建模功能。 5、初步了解UG软件三维模具设计功能。 二、实验原理 1、Moldflow注塑成型分析软件的功能十分齐全，具有完整的分析模块，可以分析出注塑成型工艺中各个参数如塑件材料、成型压力、温度、注射速度、浇注系统等因素对成型质量的影响，还可以模拟出成型缺陷的形成，以及如何改进等等，还可以预测每次成型后的结果。 2、注射成型充填过程属于非牛顿体、非等温、非稳态的流动与传热过程，满足黏性流体力学和基本方程，但方程过于复杂所以引入了层流假设和未压缩流体假设等。最后通过公式的分析和计算，就可以得出结果。 三、实验器材 硬件：计算机、游标卡尺、注塑机、打印机 软件：UG软件、Moldflow软件 四、实验方法与步聚
1、UG软件模型建立和模具设计（已省去）； 2、启动Moldflow软件； 3、新建一个分析项目； 4、输入分析模型文件； 5、网格划分和网格修改； 6、流道设计； 7、冷却水道布置； 8、成型工艺参数设置； 9、运行分析求解器；10、制作分析报告 11、用试验模具在注塑机上进行工艺试验（已省去）； 12、分析模拟分析报告（省去与实验结果相比较这一步骤）；13、得出结论 五、前置处理相关数据1.网格处理情况 1）进行网格诊断，可以看到网格重叠和最大纵横比等问题；2）网格诊断，并依次修改存在的网格问题；3）修改完后，再次检查网格情况。 2.材料选择及材料相关参数 在在方案任务视窗里双击第四项材料，弹出如图材料选择窗 可直接选常用材料，也可根据制造商、商业名称或全称搜索 3. 工艺参数设置 双击方案任务视窗里的“成型条件设置”，这里直接用默认值。 4. 分析类型设置（1）最佳浇口位置分析 分析结果： 理论最佳浇口在深蓝色区，但实际选浇口位置还需根据模具结构设计等综合因素考虑。在方案任务视窗里双击第三项，弹出选择分析系列窗口，选择浇口分析，最后选择如图位置。
一、激光基本原理 1、 LASER 是什么意思 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(通过诱导放出实现光能增幅的英语开头字母 2、激光产生的原理 激光――“受激辐射放大”是通过强光照射激光发生介质,使介质内部原子的电子获得能量,受激而使电子运动轨道发生迁移,由低能态变为高能态。处于激发态的原子,受外界辐射感应,使处于激发态的原子跃迁到低能态,同时发出一束光;这束光在频率、相位、传播方向、偏振等方面和入射光完全一致,此时的光为受激辐射光。 为了得到高能量密度、高指向性的激光,必须要有封闭光线的谐振腔,使观光束在置于激光发生介质两侧的反射镜之间往复振荡,进而提高光强,同时提高光的方向性。含有钕 (ND的 YAG 结晶体发生的激光是一种人眼看不见的波长为 1.064um 的近红外光。这种光束在微弱的受激发情况下,也能实现连续发振。 YAG 晶体是宝石钇铝石榴石的简称,具有优异的光学特性,是最佳的激光发振用结晶体。 3、激光的主要特长 a 、单色性――激光不是已许多不同的光混一合而成的,它是最纯的单色光 (波长、频率 b 、方向性――激光传播时基本不向外扩散。 c 、相干性――激光的位相 (波峰和波谷很有规律,相干性好。 d 、高输出功率――用透镜聚焦激光后,所得到的能量密度是太阳光的几百倍。 二、 YAG 激光焊接
激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功么密度等特点进行工作。通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内,在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区,从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。 常用的激光焊接方式有两种:脉冲激光焊和连续激光焊。前者主要用于单点固定连续和薄件材料的焊接。后者主要用于大厚件的焊接和切割。 l 、激光焊接加工方法的特征 A 、非接触加工,不需对工件加压和进行表面处理。 B 、焊点小、能量密度高、适合于高速加工。 C 、短时间焊接,既对外界无热影响,又对材料本身的热变形及热影响区小,尤其适合加工高熔点、高硬度、 特种材料。 D 、不需要填充金属、不需要真空环境 (可在空气中直接进行、不会像电子束那样在空气中产生 X 射线的危险。 E 、与接触焊工艺相比 . 无电极、工具等的磨损消耗。 F 、无加工噪音,对环境无污染。 G 、微小工件也可加工。此外,还可通过透明材料的壁进行焊接。 H 、可通过光纤实现远距离、普通方法难以达到的部位、多路同时或分时焊接。 I 、很容易改变激光输出焦距及焊点位置。 J 、很容易搭载到自动机、机器人装置上。
激光焊接原理与主要工艺参数 作者:opticsky 日期:2006-12-01 字体大小: 小中大 1．激光焊接原理 激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105 W/cm2为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105~107 W/cm2时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。 其中热传导型激光焊接原理为：激光辐射加热待加工表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池。 用于齿轮焊接和冶金薄板焊接用的激光焊接机主要涉及激光深熔焊接。下面重点介绍激光深熔焊接的原理。 激光深熔焊接一般采用连续激光光束完成材料的连接，其冶金物理过程与电子束焊接极为相似，即能量转换机制是通过“小孔”（Key-hole）结构来完成的。在足够高的功率密度激光照射下，材料产生蒸发并形成小孔。这个充满蒸气的小孔犹如一个黑体，几乎吸收全部的入射光束能量，孔腔内平衡温度达2500 0C左右，热量从这个高温孔腔外壁传递出来，使包围着这个孔腔四周的金属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽，小孔四壁包围着熔融金属，液态金属四周包围着固体材料（而在大多数常规焊接过程和激光传导焊接中，能量首先沉积于工件表面，然后靠传递输送到内部）。孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。光束不断进入小孔，小孔外的材料在连续流动，随着光束移动，小孔始终处于流动的稳定状态。就是说，小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动，熔融金属充填着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝，焊缝于是形成。上述过程的所有这一切发生得如此快，使焊接速度很容易达到每分钟数米。 2. 激光深熔焊接的主要工艺参数 1激光功率。激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高。只有当工件上的激光功率密度超过阈值（与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定深熔焊的进行。如果激光功率低于此阈值，工件仅发生表面熔化，也即焊接以稳定热传导型进行。而当激光功率密度处于小孔形成的临界条件附近时，深熔焊和传导焊交替进行，
激光焊接实验报告 一、实验目的 1、理解激光焊接的基本原理及特点，熟悉运用激光进行金属焊接的具体过程。 2、观察CO2与YAG 两种激光器的焊接过程，理解其焊接方式的条件及形成机理。 3、掌握激光焊接机床及机械手的基本操作步骤和方法，能够进行简单的焊接操作。 4、掌握金相测量方法，观察和记录焊接实验现象，测量熔深、熔宽，并对焊接结果进行合理分析。 5、了解激光焊接的应用。 二、实验原理 2.1 激光焊接原理 激光焊接采用连续或脉冲激光束实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105W/cm2为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105 ~107W/cm2时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。图1 是CO2 激光器焊接结构图。
图1 CO2激光器焊接结构图 在焊接金属的过程中，随着激光功率密度提高，材料表面会发生一系列变化，其包括表面温度升高、熔化、气化、形成小孔并出现光致等离子体。不同功率密度激光焊接金属材料时的主要过程如图2所示。当激光功率密度小于104W/cm2数量级时，金属吸收激光能量只引起材料表层温度的升高，并没有发生熔化。当功率密度在大于104W/cm2小于106W/cm2数量级围时，金属料表层发生熔化。功率密度达到106W/cm2数量级时，材料表面在激光束的作用下发生气化，在气化反冲压力的作用下，液态熔池向下凹陷形成深熔小孔。同时，伴随有金属蒸汽电离形成光致等离子体的现象。当功率密度大于107W/cm2时，光致等离子体将逆着激光束的入射方向传输，形成等离子体云团，出现等离子体对激光的屏蔽现象。 图2 不同功率密度激光辐照金属材料的主要物理过程 2.2激光焊接模式 根据是否产生小孔效应可以把激光焊接分为两种模式，即热导焊模式和深熔焊模式。
实验一金属材料硬度的测定实验 一、实验目的 1、了解布氏硬度和洛氏硬度的测定方法。 2、掌握布氏、洛氏硬度试验计的基本构造和操作方法。 二、实验内容及步骤 1、布氏硬度的测定 布氏硬度的测定在HB-3000型布氏硬度机上进行。 (1)实验原理 布氏硬度数值通过布氏硬度试验测定。布氏硬度试验是指用一定直径的球体（钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入被测材料或零件表面，经规定保持时间后卸除试验力，通过测量表面压痕直径来计算硬度的一种压痕硬度试验方法。 布氏硬度值是试验力除以压痕球形表面积所得的商。使用淬火钢球压头时用符号HBS，使用硬质合金球压头时用符号HBW，计算公式如下： HBS（HBW）=0.102 式中：F—试验力（N）； D—球体直径（mm）； d—压痕平均直径（mm）。 由上式可以看出，当F、D一定时，布氏硬度值仅与压痕直径d的大小有关。所以在测定布氏硬度时，只要先测得压痕直径d，即可根据d值查有关表格得出HB值，并不需要进行上述计算。 国家标准GB231-1984规定，在进行布氏硬度试验时，首先应选择压头材料，布氏硬度值在450以下（如灰铸铁、有色金属及经退火、正火和调质处理的钢材等）时，应选用钢球作压头；当材料的布氏硬度值在450~650时，则应选用硬质合金球作压头。其次是根据被测材料种类和试样厚度，按照表1—1所示的布氏硬度试验规范正确地选择压头直径D、试验力F和保持时间t。 布氏硬度习惯上只写出硬度值而不必注明单位，其标注方法是，符号HBS或HBW之前为硬度值，符号后面按以下顺序用数值表示试验条件：球体直径、试验力，试验力保持时间（10~15s不标注）例如： 120HBS10/1000/30，表示直径10mm钢球在9.80KN（1000kgf）的试验力作用下，保持30s测得的布氏硬度值为120。 500HBW5/750，表示用直径5mm的硬质合金球在7.35KN（750kgf）试验力作用下，保持10~15s测得的布氏硬度值为500。 布氏硬度值的测量误差小，数据稳定，重复性强，常用于测量退火、正火、调质处理后的零件以及灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等毛坯或半成品 （2）操作前的准备工作 a. 选定压头擦拭干净，装入主轴衬套中； b. 选定载荷，加上相应的砝码； c. 确定持续时间，把圆盘上的时间定位器（红色指示点）转到与持续时间相符的位置上。
文献综述 激光焊接是激光加工材料加工技术应用的重要方面之一。70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属于热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法，它已成功地应用于微小型零件焊接中。 随着高功率CO2和高功率的YAG激光器以及光纤传输技术的完善、金属钼焊接聚束物镜等的研制成功，使其在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学微电子行业等领域的应用越来越广，开辟了激光焊接的新领域。目前的研究主要集中于C02激光和YAG激光焊接各种金属材料时的理论，包括激光诱发的等离子体的分光、吸收、散射特性以及激光焊接智能化控制、复合焊接、激光焊接现象及小孔行为、焊接缺陷发生机理与防止方法等，并对镍基耐热合金、铝合金及镁合金的焊接性，焊接现象建模与数值模拟，钢铁材料、铜、铝合金与异种材料的连接，激光接头性能评价等方面做了一定的研究。 所有的研究大大地扩大了其应用的领域范围，主要应用于：制造业应用、粉末冶金领域、汽车工业、电子工业、生物医学、其他领域如对BT20钛合金、HEl30合金、Li-ion电池等激光焊接。 激光焊接主要是通过高能激光脉冲来实现的。激光电源首先把脉冲氙灯点着。激光电源对氙灯脉冲放电，形成一定频率，一定脉宽的光波，该光波经过聚光腔辐射到Nd3+ YAG激光晶体上，激发Nd3+YAG激光晶体发光，再经过激光谐振腔谐振之后，发出波长为1.06um脉冲激光，该脉冲激光经过扩束、反射、聚焦后打在所要焊接的物体上;在计算机系统控制下，移动数控工作台，从而完成焊接。焊接时需要的脉冲激光频率、脉宽、工作台速度、移动方向等通过计算机来控制。通过对机关电源的频率、脉宽的不同设定可调节控制脉冲激光的能量。 这里的脉冲激光焊机主要由激光电源、PC数控系统、光学系统、冷却系统、CCD监视系统及吹起装置等组成。 激光焊接的特点是被焊接工件变形极小，几乎没有连接间隙，焊接深度/宽度比高，因此焊接质量比传统焊接方法高。但是，如何保证激光焊接的质量，也就是激光焊接过程监测与质量控制是一个激光利用领域的重要内容，包括利用电感、电容、声波、光电等各种传感器，通过电子计算机处理，针对不同焊接对象和要求，实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝质量监测等项目，通过反馈控制调节焊接工艺参数，从而实现自动化激光焊接。在激光焊接中，光束焦点位置是最关键的控制工艺参数之一，在一定激光功率和焊接速度下，只有焦点处于最佳位置范围内才能获得最大熔深和好的焊缝形状。在实际激光焊接中，为了避免和减少影响焦点位置稳定性的因素，需要专门的夹紧和设备技术，这种设备的精确程度与激光焊接的质量高低是相辅相成的。 与其它传统焊接技术相比，激光焊接的主要优点是：
实验一、金属材料的硬度实验 一、 实验类型 验证性 二、 实验目的 1、了解硬度测定的基本原理及应用范围。 2、了解布氏、洛氏硬度试验机的主要结构及操作方法。 三、实验仪器与设备 1、HB -3000型布氏硬度试验机； 2、H -100型洛低硬度试验机； 3、读数放大鏡； 四、实验内容： 金属的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念。由于在金属表面以下不同深处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同，因而硬度值可以综合地反映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量塑变抗力、塑变强化能力以及大量形变抗力。硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形能力越大，材料产生塑性变形就越困难。另外，硬度与其它机械性能（如强调指标b σ及塑性指标ψ和δ）之间有着一定的内在联系，所以从某种意义上说硬度的大小对于机械零件或工具的使用性能及寿命具有决定性意义。 硬度的试验方法很多，在机械工业中广泛采用压入法来测定硬度，压入法又可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。 压入法硬度试验的主要特点是： （1）试验时应力状态最软（即最大切应力远远大于最大正应力），因而不论是塑性材料还是脆性材料均能发生塑性变形。 （2）金属的硬度与强调指标之间存在如下近似关系。 HB K b ?=σ （3）硬度值对材料的耐磨性、疲劳强度等性能也有定性的参考价值，通常硬度值高，这些性能也就好。在机械零件设计图纸上对机械性能的技术要求，往往只标注硬度值，其原因就在于此。 （4）硬度测定后由于仅在金属表面局部体系内产生很小压痕，并不损坏零件，因而适合于成品检验。 （5）设备简单，操作迅速方便。
1．激光焊接原理 激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105 W/cm2为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105~107 W/cm2时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。 其中热传导型激光焊接原理为：激光辐射加热待加工表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池。 用于齿轮焊接和冶金薄板焊接用的激光焊接机主要涉及激光深熔焊接。下面重点介绍激光深熔焊接的原理。 激光深熔焊接一般采用连续激光光束完成材料的连接，其冶金物理过程与电子束焊接极为相似，即能量转换机制是通过“小孔”（Key-hole）结构来完成的。在足够高的功率密度激光照射下，材料产生蒸发并形成小孔。这个充满蒸气的小孔犹如一个黑体，几乎吸收全部的入射光束能量，孔腔内平衡温度达2500 0C左右，热量从这个高温孔腔外壁传递出来，使包围着这个孔腔四周的金属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽，小孔四壁包围着熔融金属，液态金属四周包围着固体材料（而在大多数常规焊接过程和激光传导焊接中，能量首先沉积于工件表面，然后靠传递输送到内部）。孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。光束不断进入小孔，小孔外的材料在连续流动，随着光束移动，小孔始终处于流动的稳定状态。就是说，小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动，熔融金属充填着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝，焊缝于是形成。上述过程的所有这一切发生得如此快，使焊接速度很容易达到每分钟数米。 2. 激光深熔焊接的主要工艺参数 1)激光功率。激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高。只有当工件上的激光功率密度超过阈值（与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定深熔焊的进行。如果激光功率低于此阈值，工件仅发生表面熔化，也即焊接以稳定热传导型进行。而当激光功率密度处于小孔形成的临界条件附近时，深熔焊和传导焊交替进行，成为不稳定焊接过程，导致熔深波动很大。激光深熔焊时，激光功率同时控制熔透深度和焊接速度。焊接的熔深直接与光束功率密度有关，且是入射光束功率和光束焦斑的函数。一般来说，对一定直径的激光束，熔深随着光束功率提高而增加。 2)光束焦斑。光束斑点大小是激光焊接的最重要变量之一，因为它决定功率密度。但对高功率激光来说，对它的测量是一个难题，尽管已经有很多间接测量技术。 光束焦点衍射极限光斑尺寸可以根据光衍射理论计算，但由于聚焦透镜像差的存在，实际光斑要比计算值偏大。最简单的实测方法是等温度轮廓法，即用厚纸烧焦和穿透聚丙烯板后测量焦斑和穿孔直径。这种方法要通过测量实践，掌握好激光功率大小和光束作用的时间。 3)材料吸收值。材料对激光的吸收取决于材料的一些重要性能，如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温度等，其中最重要的是吸收率。
详解激光焊接技术 一、激光基本原理 1、LASER是什么意思 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(通过诱导放出实现光能增幅)的英语缩写。 2、激光产生的原理 激光——“受激辐射放大”是通过强光照射激光发生介质，使介质内部原子的电子获得能量，受激而使电子运动轨道发生迁移，由低能态变为高能态。处于激发态的原子，受外界辐射感应，使处于激发态的原子跃迁到低能态，同时发出一束光；这束光在频率、相位、传播方向、偏振等方面和入射光完全一致，此时的光为受激辐射光。为了得到高能量密度、高指向性的激光，必须要有封闭光线的谐振腔，使观光束在置于激光发生介质两侧的反射镜之间往复振荡，进而提高光强，同时提高光的方向。 含有钕（ND）的YAG结晶体发生的激光是一种人眼看不见的波长为1.064um 的近红外光。这种光束在微弱的受激发情况下，也能实现连续发振。YAG晶体是宝石钇铝石榴石的简称，具有优异的光学特性，是最佳的激光发振用结晶体。 3、滋光的主要特长 a、单色性―激光不是已许多不同的光混一合而成的，它是最纯的单色光（彼长、频率） b、方向性―橄光传播时基本不向外扩散。 c、相千性－－徽光的位相（波峰和波谷）很有规律，相干性好。 d、高输出功率一用透镜聚焦激光后，所得到的能量密度是太阳光的几百倍。 二、YAG激光焊接 激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功么密度等特点进行工作。通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内，在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区，从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。 常用的激光焊接方式有两种：脉冲激光焊和连续激光焊。前者主要用于单点固定连续和薄件材料的焊接。后者主要用于大厚件的焊接和切割。
激光脉冲测距实验 1.实验目的 通过学习激光脉冲测距的工作原理；了解激光脉冲测距系统的组成；搭建室内模拟激光脉冲测距系统进行正确测距，为今后的工程设计奠定理论基础和工程实践基础。 2.实验原理 激光脉冲测距与雷达测距在原理上是完全相同的，如图2.1所示。 在测距点激光发射机发射激光脉冲，光脉冲经过光纤到达接收端，并被测距机上的探测系统接收。测出从激光发射时刻到被接收时刻之间的时间间隔t，根据已知光速，即可求出光纤的长度R为 R=/2 (2-1) 式中c为光速。真空中的光速是一个精确的物理常数 C1=299792458 m/s 光纤中的平均折射率n为 n=1.000275266 故光纤中的光速为 C=299710000 可见，激光测距的任务就是准确地测定时间间隔t。当不考虑光纤中光速的微小变化时，测距精度⊿R主要是由测时精度⊿t确定的 ⊿R=C⊿t/2 (2-2) 实际脉冲激光测距机中是利用时钟晶体振荡器和脉冲计数器来测定时间间隔 t的。时钟晶体振荡器用于产生固定的频率的电脉冲振荡，脉冲计数器的作用是对晶体产生的电脉冲个数进行计数。设晶体振荡器产生的电脉冲频率为f，则脉冲间隔T=1/f。若从激光脉冲发出时刻脉冲计数器开始计数，到光脉冲被接收时刻停止计数。设这段时间内脉冲计数器共计得脉冲个数为m，则可计算出被测光纤的长度为 R=1/2cmT=cm/f=1.6m (2-3) 相应的测距精度为 ⊿R =1/2Ct=c/(2f) (2-4) 可见，脉冲激光测距机的测距精度由晶振的频率决定。常用军用激光测距仪的晶振频率有15MHz、30MHz、75MHz和150MHz等，与其相对应的测距精度分别为正负10m、正负5m 、正负2m和正负1m。晶振的频率愈高，测距精度就愈高， 但随之而来的，不仅是计数器的技术难度增加，而且要求激光脉冲的宽度愈窄，激光器的难度也增加。 对脉冲测距系统，计数器的“开门”信号是由取出一小部分发射激光脉冲经光探测器转换成
实验一材料成形技术 材料成形制造工艺多利用模型使原材料形成零件或毛坯。材料成形加工过程中，原材料的形状、尺寸、组织状态，甚至结合状态都会改变。由于成形精度一般不高，材料成形制造工艺常用来制造毛坯。也可以用来制造形状复杂但精度要求不太高的零件。材料成形工艺的生产效率较高。常用的成形工艺有铸造、锻压、粉末冶金等。 1、不同类型成型技术 a.铸造成型： 卡特挖机CA T： 1、铸造成型：其原理是铸造是将所需的金属熔化成液体，浇注到铸型中，待其冷却凝固后获得铸件（毛坯）的。因此，铸造也可以称为液态成形。铸造是毛坯或机器零件成形的重要方法之一。 2、铸造成形优缺点： 优点：(1)适应性广泛，铸件材质、大小、形状几乎不受限制；不宜塑性加工或焊接成形的材料，铸造成形尤具优势。(2)可形成形状复杂的零件；(3)生产成本较低。铸造用原材料来源广泛，价格低廉。铸件与最终零件的形状相似，尺寸相近，加工余量小。由于铸造具有如此突出的优点，所以才会经久不衰，且不断发展，直到现在仍然在制造业中得到广泛应用。 缺点：涉及生产工序较多，过程难以精确控制，废品率较高；铸件组织疏松，晶粒粗大，铸件某些力学性能较低；铸件表面粗糙，尺寸精度不高。工作环境较差，工人劳动强度大。 3、主要工艺特点： 铸造是生产零件毛坯的主要方法之一，尤其对于有些脆性金属或合金材料（各种铸铁件、有色合金铸件等）的零件毛坯，铸造几乎是唯一的加工方法。与其它加工方法相比，铸造工艺具有以下特点： (1)铸件可以不受金属材料、尺寸大小和重量的限制。铸件材料可以是各种铸铁、铸钢、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、锌合金和各种特殊合金材料；铸件可以小至几克，大到数百吨；铸件壁厚可以从0.5毫米到1米左右；铸件长度可以从几毫米到十几米。 (2)铸造可以生产各种形状复杂的毛坯，特别适用于生产具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、缸体、叶片、叶轮等。 (3)铸件的形状和大小可以与零件很接近，既节约金属材料，又省切削加工工时。 (4)铸件一般使用的原材料来源广、铸件成本低。 (5)铸造工艺灵活，生产率高，既可以手工生产，也可以机械化生产。 视频中，亚米特驻扎和机具公司锁铸造的是797b卡车的关键部位——车架。首先先把金属废料填进电弧炉，之后把三个电极伸入炉中，电极中通有强大的电流，碰到金属后便产生2200℃的高温的电弧，金属加热后起泡溶解，半小时后即可浇注。然后把将近2000℃的金属液体倒入空浇桶，之后再引导空浇桶到零