Báo cáo Ứng dụng lazer trong khoan và cắt vật liệu kim loại

Ứng dụng lazer trong khoan và cắt vật
liệu


Thành viên nhóm
1. Tống Viết Thanh Hiếu
2. Trần Thy Khoa
3. Nguyễn Thế Trung

K1000995
K1001568
K1003660


Nội dung chính
I. Lịch sử hình thành và nguồn phát laser
trong khoan và cắt
II. Cấu tạo và tính chất của laser
III. Nguyên lý gia công chùm tia laser
IV.Các loại thiết bị và dụng cụ
1. Laser trong cắt kim loại
2. Laser trong khoan kim loại
IV. Đặc điểm và phạm vi sử dụng


I.Lịch sử hình thành laser


• Để sử dụng gia công vật liệu, laser phải có đủ năng lượng.
Người ta thường dùng các laser sau để gia công vật liệu: laser
CO2, laser Nd-YAG hoặc laser Nd-thủy tinh và laser excimer

II. Cấu tạo và tính chất của laser
1. Cấu tạo
4

1

3

5
Tia laser

2


2. Tính chất
• Độ định hướng cao: tia laser phát ra hầu như là song song do đó có
khả năng chiếu xa hàng nghìn km mà khơng bị tán xạ. Chùm sáng
laser khơng cịn tính song song chỉ do các hiệu ứng nhiễu xạ, được
quyết định bởi bước sóng của ánh sáng và khẩu độ lối ra.
• Tính đơn sắc rất cao: chùm sáng phát ra chỉ có một màu hay một
bước sóng duy nhất. Đây là tính chất đặc biệt mà khơng có chùm
sáng nào khác có được.
• Tính kết hợp: đồn sóng laser có thể trải dài đến hàng trăm km, điều
này có nghĩa là vân giao thoa vẫn có thể tạo thành khi chồng chất 2
chùm sóng riêng biệt có hiệu quang trình cỡ khoảng cách nói trên


II.Ngun lý gia cơng chùm tia

laser
• Laser là sự khuyết đại ánh sáng bằng bức xạ .
• Loại vật liệu gia công bằng chùm tia laser không phụ thuộc
vào độ dài sóng.
• Năng lượng của chùm tia laser tập trung vào phần nhỏ của
chùm tia laser làm cho phần vật liệu đó bay hơi đi.
• Gia cơng bằng tia laser được sử dụng trong khoan, xẻ rãnh,
cắt, tạo hình….
• Như vậy, gia cơng bằng chùm tia laser là q trình xử lý nhiệt
trong đó tia laser được dùng làm nóng 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 khơng lớn, nhưng nó
được hội tụ trong một chùm tia có đường kính
khoảng 0.01 mm và phát ra trong khoảng thời
gian một phần triệu giây tác động vào bề mặt
chi tiết gia cơng, nung nóng, làm chảy và bốc
hơi vật liệu.


-Quá trình tác dụng của chùm tia laser vào vị trí
gia cơng được chia ra các giai đoạn sau:
• Vật liệu gia công hút năng lượng của chùm tia laser
và chuyển năng lượng này thành nhiệt năng.
• Đốt nóng vật liệu gia cơng tới nhiệt độ có thể phá
hỏng vật liệu đó.
• Phá hỏng vật liệu gia cơng và đẩy chúng ra khỏi

vùng gia cơng.
• Vật liệu gia cơng nguội dần sau khi chùm tia laser
tác dụng xong.


Hình 5.2. Cắt bằng tia laser


III. THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ
III.2.3.Các Bộ Phận máy Laser trong
khoan và cắt gồm:
- Máy Phát Laser
- Bộ Hội Tụ Tia
- Bộ Lọc


Cấu Tạo Máy Laser:

Độ dài tiêu cự

Thấu kính
Chi tiết

Nguồn sáng

Tia laser

Gương phản xạ
toàn phần

Kim loại bay
hơi

Nguồn sáng

Gương phản xạ
bán phần
Đồ gá

Băng bảo vệ
Hệ thống làm
mát

Nguồn điện

Bàn


Hình 5.12. Máy tạo laser năng lượng cao HL 4006 D.


Đầu phản xạ có
gương ở cuối
đường zíc-zắc

Đèn kích thích

ống xả hay bộ dao
động quang học

Tia laseer đi ra

Chùm tia hội tụ
trên chi tiết

Thấu kính

Chi tiết

Hình 5.13. Sơ đồ máy laser raén


a.Một Số Máy Phát laser:
10

1.Bộ cung cấp và điều
khiển điện.
2.Buồng phản xạ ánh
sáng.
3.Đèn phát xung.
4.Thanh hồng ngọc.
5.Gương phản xạ toàn
phần.
6.Gương phản xạ bán
phần.
7.Thấu kính hội tụ.
8.Chi tiết.
9.Bàn gá.
10.Tế bào quang ñieän.

5

4

1

2

3

6

7
8

9


b.Các Phương Pháp Tập Chùm laser:
*Dùng thấu kính hội tụ:
3

2

3
2

1

1

a

b

Hình 5.17. Các biện pháp tạo mật độ năng lượng
cao dùng thấu kính cầu và thấu kính hình trụ.
1. Nguồn sáng 2. Thấu kính hội tụ 3. Vật gia
công


b.Các Phương Pháp Tập Chùm laser:
*Dùng hệ thống chiếu ảnhï:
D

2

5

4

3
DM
1

Do

D1

F’

F’’

L1

F

F1

L4

Hình 5.18. Tập trung chùm tia bằng hệ thống màn chắn và thấu
kính hội tụ


Ứng dụng laser trong công nghiệp


III.1 Cắt bằng laser
Các phương pháp cắt:
• Phương pháp đột biến về nhiệt.
• Cắt bằng khoan: thường dùng cắt các vật cứng, có nhiệt
nóng chảy cao như: ceramic, thuỷ tinh…
• Phương pháp đốt nóng chảy và thổi.
• Phương pháp bay hơi.
• Phương pháp cắt nguội: dùng tia Laser có bước sóng cực
tím, dùng trong vi phẩu thuật, cắt plastic