Phuong Phap Gia Cong Bang Tia Laser

7/22/2019 Phuong Phap Gia Cong Bang Tia Laser

http://slidepdf.com/reader/full/phuong-phap-gia-cong-bang-tia-laser 1/43

BÀI THUYẾT TRÌNH NHÓM 6 PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG TIA

LASER



I.KHÁI NIỆM & CÁC TIA LASER ĐẦU TIÊN

LASER (light Amplification SimulatedEmission of Radiation).

Laser nghĩa là quá trình khuếch đại ánhsáng bằng phát xạ cưỡng bức.

Gia công chùm tia laser là quá trình xử lýnhiệt trong đó tia laser được dùng làmnóng chảy và bốc hơi vật liệu.



Máy tia laser là máy cắt bằng tia sáng

hoạt động theo chế độ xung. Năng lượng xung của nó không lớn,

nhưng nó được hội tụ trong một chùm tiacó đường kính khoảng 0.01 mm và phát ratrong khoảng thời gian một phần triệu

giây tác động vào bề mặt chi tiết gia công,nung nóng, làm chảy và bốc hơi vật liệu.



MỘT SỐ TIA LASER ĐẦU TIÊN

Tia laser đầu tiên được phát minh vào tháng 5năm 1960 bởi Maiman. Nó là loại laser hồngngọc (rắn).

Laser uranium đầu tiên bởi phòng thí nghiệmIBM (tháng 11 năm 1960).

Laser khí Helium- Neon đầu tiên bởi Phòng thí

nghiệm Bell vào năm 1961. Laser bán dẫn đầu tiên bởi Robert Hall ở phòng thí nghiệm General Electric năm 1962.



Laser khí CO2 và Nd:YAG đầu tiên bởi phòng thí nghiệm Bell năm 1964.

Laser hóa năm 1965, laser khí kim loạinăm 1966,…

Để sử dụng gia công vật liệu, laser phảicó đủ năng lượng. Người ta thường dùngcác laser sau để gia công vật liệu: laser

CO2, laser Nd-YAG hoặc laser Nd-thủytinh và laser excimer.



Trong lĩnh vực gia công kim loại thườngdùng laser rắn vì công suất chùm tia

tương đối lớn và có kết cấu thuận tiện.



II.Nguyên lý gia công chùm tia

laser Laser là sự khuyết đại ánh sáng bằng bức xạ của chất phóng xạ.

Loại vật liệu gia công bằng chùm tia laser không phụ thuộc vàođộ dài sóng.

Năng lượng của chùm tia laser tập trung vào phần nhỏ củachùm tia laser làm cho phần vật liệu đó bay hơi đi.

Gia công bằng tia laser được sử dụng trong khoan, xẻ rãnh, cắt,tạo hình….

Như vậy, gia công bằng chùm tia laser là quá trình xử lý nhiệttrong đó tia laser được dùng làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu.



Nguyên lý hoạt động của chùm tia laser

được trình bày ở hình 5.1

Hình 5.1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động củachùm tia laser

2

541 3

Tia laser



1. Môi trườ ng hoạt tính.2. Nguồn ánh sáng kích thích.

3. Buồng cộng hưở ng quang học.4. Gương phản xạ toàn phần (độ phản

xạ ánh sáng 100%)

5. Gương phản xạ bán phần trongsuốt (độ phản xạ ánh sáng 50%)



-Qu trình tc du ng ca chum tia laser vao v tri

gia công đươc chia ra cc giai đon sau:

Vật liệu gia công ht năng lượ ng của chùm tia laser vàchuyển năng lượ ng này thành nhiệt năng.

Đốt nóng vật liệu gia công tớ i nhiệt độ có thể pháhỏng vật liệu đó.

Phá hỏng vật liệu gia công và đy chng ra khỏi vùnggia công.

Vật liệu gia công nguội dần sau khi chùm tia laser tácdụng xong.



Hình 5 2 Cắt bằng tia laser



III. THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ

III.1.Các Loại Laser:*Có 3 loại Laser chính :

- Laser Rắn:- Laser Khí

- Laser Lỏng



III.2.Cấu Tạo Máy Laser :

Nguoàn saùng

Nguoàn saùng

Baøn

Heä thoáng laøm maùt Nguoàn ñieän

Baêng baûo veä

Tia laser

Ñoà gaù

Kim loaïi bay hôi

Chi tieát

Ñoä daøi tieâu cöï

Göông phaûn xaï baùn phaàn

Göông phaûn xaï toaøn

phaàn

Thaáu kính



Máy Laser được cấu tạo bởi 3 phần

chính sau:III.2.1.Môi Trường Hoạt Tính:

- Môi trường hoạt tính Khí - Môi trường hoạt tính Rắn

- Môi trường hoạt tính Bán Dẫn



Maùy phaùt

Tia laser

Cöûa soå

Oáng chöùa khí

Göông phaûn xaï

Hình 5 5 Sô ñoà nguyeân lyù laser khí



Tia laser

Loã troáng

Caëp loã troáng ñieän töû

Doøng ñieän töû

Lôùp coâng taùc

Electron

P

N

Aùnh saùng phaûn xaï laïi töø göông

Moâi tröôøng

hoaït tính

Maët göông

Hình 5 6 Sô ñoà nguyeân lyù hoaït ñoäng laser baùn daãn




III.2.2. Nguồn Kích Thích:

Các phương pháp để kích thích môi trườngHoạt Tính :

- Nguồn Sáng Đèn

- Nguồn kích thích Dòng Điện

- Bộ Cộng Hưởng Quang Học



Hình 5 8 Nguoàn saùng ñeøn vôùi laser vaø heä thoáng quang hoïc HL 54 P



V2

V1 V2

V1

Moâi tröôøng hoaït tính Laêng kính

Göông phaûn xaï

Hình 5 10 Boä coäng höôûng quang hoïc




III.2.3.Các Bộ Phận máy Laser gồm:- Máy Phát Laser

- Bộ Hội Tụ Tia - Bộ Lọc



Hình 5 12 Maùy taïo laser naêng löôïng cao HL 4006 D.



Ñeøn kích thích

Thaáu kính

Chi tieát

Chuøm tia hoäi tuï treân

chi tieát

oáng xaû hay boä dao ñoäng

quang hoïc

Ñaàu phaûn xaï coù göông

ôû cuoái ñöôøng zíc-zaéc

Tia laseer ñi ra

Hình 5 13 Sô ñoà maùy laser raén



a.Một Số Máy Phát laser:

5

10

4

6

7

8

9

2

3

1

1.Boä cung caáp vaø ñieàu khieån ñieän.

2.Buoàng phaûn xaï aùnh saùng.3.Ñeøn phaùt xung.

4.Thanh hoàng ngoïc.

5.Göông phaûn xaï toaøn phaàn.

6.Göông phaûn xaï baùn phaàn.

7.Thaáu kính hoäi tuï.8.Chi tieát.

9.Baøn gaù.

10.Teá baøo quang ñieän.



a.Một Số Máy Phát laser:

4

7

3

2

1

5

6

1.Maùy phaùt quang löôïng töû.

2.Maøng ngaên.

3.Oáng ngaém.

4.Vaät kính cuûa kính hieån vi.

5.Taám kính baûo veä.6.Chi tieát gia coâng.

7.Boä nguoàn



b.Các Phương Pháp Tập Chùm laser: *Duøng thaáu kính hoäi tuï:

1

2 3

3

2

1

a b

Hình 5 17 Caùc bieän phaùp taïo maät ñoä naêng löôïng cao duøng thaáu kínhcaàu vaø thaáu kính hình truï.

1. Nguoàn saùng 2. Thaáu kính hoäi tuï 3. Vaät gia coâng



b.Các Phương Pháp Tập Chùm laser: *Duøng h ệ th ố ng chi ế u ảnhï:

F’ F’’ L1 F F1 L4

DM

D

Do D1

2 3 4

5

1

Hình 5 18 Taäp trung chuøm tia baèng heä thoáng maøn chaén vaø thaáu kính hoäi tuï



IV.Thông số chung Naêng löôïng tích luõy trong nguoàn phaùt coù theå toái ña laø 6000 W.s

vaø ñænh cao cuûa coâng suaát laø 5000 W.

Khi taäp trung laser thaønh moät ñieåm, ta coù theå khoan ñöôïc caùc

vaät lieäu coùñöôøng kính töø 100 m ñeán 250 m.

Cöôøng ñoä aùnh saùng ñaõ ñöôïc taäp trung baèng laêng kính lôùngaáp 40 laàn cöôøng ñoä aùnh saùng maët trôøi

Ñeå khoan nhöõng loã nhoû hôn phaûi duøng heä thoáng laêng kínhhoäi tuï vaø heä thoáng ñieàu chænh cô khí, khi ñoù coù theå gia coâng

ñöôïc caùc loã hay raõnh coù ñöôøng kính töø 2 ñeán 5 m.



Caùc thoâng soá trong caét laser ñoái vôùi kim loaïi

Khi caét baèng laser, moät thoâng soá quan troïng laø beà roäng veát caétthoâng thöôøng baèng hoaëc lôùn hôn tia laser moät chuùt, neân vieäcñieàu khieån tia laser raát quan troïng.

Beà roäng ñöôøng caét laø haøm soá cuûa :

tieâu ñieåm,

vò trí tieâu ñieåm

aùp suaát khí ñeán khoâng gian

yeáu toá chaát löôïng tia toác ñoä caét.



Vaät lieäu Chieàu daøy

(mm)

Beà roäng veát caét

(mm)

Theùp Cacbon 1,5 0,05

2,25 0,12

3,12 0,20

6,25 0,30

Nhoâm 2,25 0,25

Chaát deûo < 4,0 2 laàn ñöôøng kính tia

Caùc beà roäng caét ñieån hình khi caét

baèng laser CO2



Caùc giaù trò ñoä nhaùm beà maét khi caét laser

vôùi oxy

Vaät lieäu Beà daøy

(mm)

Ñoä nhaùm beà maët

(mm)

Theùp khoâng ræ 1 30

2 35 3 50

Theùp caùn nguoäi 1 8

2 10

3 15

Theùp laù 1 30

2 30

3 35



Vuøng chòu aûnh höôûng cuûa caùc loaïi theùp laù

Beà daøy cuûa vaät

lieäu (mm)

Vuøng aûnh höôûng nhieät

(laser daïng lieân tuïc)

(mm)

Vuøng aûnh höôûng nhieät

(laser daïng xung)

(mm)

4 0,50 0,15

3 0,37 0,15 2 0,10 0,12

1 0,75 0,07



Caùc toác ñoä caét kim loaïi khoâng chöùa saét cuûa laser

CO2 vaø Nd:YAG

Vaät lieäu CO2 (1500w) Nd:YAG Beà daøy

(mm)

Toác ñoä

(m/ph)

Beà daøy

(mm)

Toác ñoä

(m/ph)

Naêng löôïng

(W)

Ñoàng 1 2,25

2 0,75

3 0,35

Nhoâm 1 8 1,5 2,5 1000

2 4 2,5 1,0 1000

3 1,5 3,5 0,5 1000

Titan 1 6 0,4 1,0 150

2 3

Voânfam 0,08 0,03 250

Ñoàng thau 1 3

2 1,5

Hôïp kim 2,5 2,8

Hôïp kim X 0,08 0,5 150

Inconel 718 4 1,1



Bieåu ñoà toác ñoä caét theùp laù cuûa Laser CO2 vaø Nd:YAG

9

8

7

6

5

4

3

2

1

1 2 3 4 5 6 7

Chieàu daøy (mm)

Toác ñoä (m/s)

Caét theùp laù vôùi khí oâxy.°- 1500 – W CO2

× - 1000 – W CO2

o - 1750 – W Nd:YAG



Caùc thoâng soá coâng ngheä trong caét phi kim

Toác ñoä caét phuï thuoäc vaøo:

o naêng löôïng laser

o beà daøy vaät lieäu

o caùc thaønh phaàn khí

o nöôùc trong vaät lieäu caùc vaät lieäu polime nhieät deûo ñöôïc caét bôûi söï

noùng chaûy vaø ñaåy caùc vaät lieäu noùng chaûy ra khoûi vuøng caét.



Toác ñoä caét vaät lieäu phi kim loaïi cuûa laser CO2

Vaät lieäu Beà daøy

(mm)

Toác ñoä

(m/ph)

Naêng löôïng

(W)

Polyeâtylen 1 11 500

Polypropylen 1 17 500

Polystyren 1 19 500

Nylon 1 20 500

ABS 1 21 500

Polycacbonate 1 21 500

PVC 1 28 500

Sôïi thuûy tinh 1,6 5,2 450

Thuûy tinh 1 1,5 500

Oâxyùt nhoâm 1 1,4 500 Goã cöùng 10 2,6 500

Vaùn eùp 12 4,8 1000

Bìa cöùng 4,6 9,0 350



Loaïi laser Ñoä daøi

soùng(m)

Phöông thöùc

hoaït ñoäng

Naêng löôïng

(W)

Soá

xung/giaây

Thôøi

gian toàntaïi (ms)

ÖÙng duïng Ghi chuù

Argon 0,4880 Xung laëp laïi 20 (giaù trò

cöïc ñaïi)

0,005 (giaùtrò trung bình)

60 50 Sao cheùp caùc

phim moûng

Coâng suaát

thaáp

Hoàng ngoïc 0,6943 Xung bình

thöôøng

2.105 (giaù trò

cöïc ñaïi)

5-10 0,2-7 Boùc vaät lieäu

vôùi soá löôïng

lôùn trong 1

xung, khoan

caùc khuoân

kim cöông,

haøn ñieåm

Khoâng kinh

teá

Moät soá loaïi laser thöông maïi



Nd-Thuûy tinh 1,6 Xung bình

thöôøng

2.106 (giaù trò

cöïc ñaïi)

0,2 0,5–10

ms

Boùc vaät lieäu

lôùn trong 1

xung

Khoâng

kinh teá

Nd-YAGa 1,06 Lieân tuïc 1000 Haøn Nhoû

goïn vaø

kinh teá

ôû coâng

suaátthaáp

1,06 Xung laëp

laïi

3.105 (cöïc

ñaïi)

1-24000 50-250

ms

Caét ñieän trôû,

cheá taïo maïch

ñieän töû

Nhoû

goïn vaø

kinh teá

300 (giaù trò

trung bình)

300 50 ms

1,06 Xung bình

thöôøng

400 300 0,5-7 ms Haøn ñieåm,

khoan



CO2b 10,6 Lieân tuïc 15.000 Caét caùc baät

lieäu höõu cô,

caét kim loaïinhôø oxy

Raát

coàng

keành ôûnaêng

suaát cao

10,06 Xung laëp

laïi

75000

(giaù trò cöïc

ñaïi) 1.5 (giaù

trò trung

bình)

400 50-200 ms Caét ñieän trôû Coàng

keànhnhöng

kinh teá

10,6 Cöôøng

xung

100 (giaù trò

trung bình)

100 100 s

vaø lôùn

hôn

Haøn, taïo loã

vaø caét

Coàng

keành

nhöng

kinh teá



V.Đặc Diểm và Phạm Vi Sử Dụng: V 1 Ñaëc ñieåm:

- Khoâng caàn duøng buoàng chaân khoâng.

- Khoâng coù vaán ñeà tích ñieän trong moâi tröôøng.

- Khoâng coù phoùng xaï Rôn ghen.

- Hieäu suaát thaáp (khoaûng 1%).

- Khoù ñieàu chænh coâng suaát ra.

- Khaû naêng ñieàu chænh ñoä leäch tia keùm hôn tia ñieän töû.

- Ñöôøng kính nhoû nhaát cuûa ñieåm chaát saùng phuï thuoäc vaøo böôùc

soùng aùnh saùng.



V.Đặc Diểm và Phạm Vi Sử Dụng:

V 1 1 Öu ñieåm: - Coù khaû naêng laøm vieäc trong moâi tröôøng khoâng khí, khí trôû, chaân khoâng,

hoaëc ngay caû trong chaát loûng hay chaát raén truyeàn quang.

- Coù theå gia coâng taát caû vaät lieäu.

- Khoâng coù söï taùc duïng löïc tröïc tieáp giöõa duïng cuï vaø phoâi.

- Phuø hôïp vôùi caùc coâng vieäc caét vaät lieäu ceramic vaø caùc vaät lieäu bò phaùhuûy nhanh do nhieät ñoä.

- Söï chính xaùc vaø khaû naêng gia coâng caùc loã nhoû vaø ñöôøng caét chuaån xaùc vôùi bieán daïng xung quanh vuøng gia coâng ít.

- Thôøi gian toàn taïi cuûa xung gia coâng ngaén do ñoù naêng suaát cao.

- Coù khaû naêng taïo ra caùc raõnh vaø maùng heïp.

- Cheá ñoä gia coâng eâm hôn caùc gia coâng khaùc.



V.Đặc Diểm và Phạm Vi Sử Dụng:

V 1 2 Nhöôïc ñieåm:

- Coù kyõ thuaät cao, ñaàu tö lôùn.

- Giaù thaønh cao.

- Caàn phaûi xaùc ñònh chính xaùc ñieåm gia coâng.

- Söï phaù huûy veà nhieät coù aûnh höôûng tôùi phoâi.



V.Đặc Diểm và Phạm Vi Sử Dụng: V 2 Phaïm vi söû duïng:

- Trong coâng nghieäp, laser ñöôïc söû duïng vaøo vieäc haøn, khoan, caét .v.v..caùc loaïi vaät lieäu coù ñoä noùng chaûy cao keå caû phi kim.

- Laser coøn ñöôïc duøng ñeå kieåm tra chaát löôïng caùc saûn phaåm ñuùc,

kieåm tra ñoä tinh khieát cuûa chaát loûng hoaëc khí, caùc saûn phaåm ñieän

töû.

- Trong y khoa, laser ñöôïc öùng duïng trong vieäc giaûi phaåu, ñieàu trò beänh

bong voõng maïc maét, khoan raêng, chaâm cöùu.

- Ngoaøi ra laser coøn thaâm nhaäp vaøo cuoäc soáng cuûa chuùng ta qua caùc

baêng töø, maùy in laser, maùy photo laser, vaø nhieàu öùng duïng khaùc nöõa.



*Các Thành Viên Của Nhóm: 1.Nguễn Hoàng Khải

2.Tường Duy Lương

3.Nguyễn Duy Hòa4.Nguyễn Trọng Phi

5.Nguyễn Minh Tín

6.Trần Bá Khánh

7.Cao văn Ph 8.Ngô Duy Tân

Documents

Phuong Phap Gia Cong Bang Tia Laser