CO2激光、Nd YAG激光和准分子激光熔覆特性的比较

3种激光器的吸收率和加工精度依次是:准分子激光>Nd: YAG激光> CO2激光。CO2激光器适用于大功率、大尺寸,精度要求较低的加工和熔覆领域; Nd:YAG激光适用于中小功率、中小尺寸,精度要求较高的加工和熔覆领域;准分子激光器适用于小功率、小尺寸,精度要求很高的微纳加工、微电子业和生物医学领域。Nd: YAG激光的吸收率均约为CO2激光的3倍多,因此Nd: YAG激光比CO2激光更适用于激光熔覆和激光金属直接成形制造。

CO2激光、Nd:YAG激光和准分子激光熔覆特性的比较

张安峰,朱刚贤,周志敏,卢秉恒

(西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,陕西西安　710049)

摘要:对CO2、YAG和准分子激光器输出特性、吸收率、光强空间分布、熔覆特性和加工性能进行了比较。CO2和Nd:YAG激光空间分布的横截面图为高斯形,而准分子激光空间分布的横截面图为矩形。3种激光器的吸收率和加工精度依次是:准分子激光>Nd:YAG激光>CO2激光。3种激光器的平均输出功率和光斑直径依次是:准分子激光<Nd:YAG激光<CO2激光。CO2激光器适用于大功率、大尺寸,精度要求较低的加工和熔覆领域;Nd:YAG激光适用于中小功率、中小尺寸,精度要求较高的加工和熔覆领域;准分子激光器适用于小功率、小尺寸,精度要求很高的微纳加工、微电子业和生物医学领域。无论受辐射金属材料处于固相还是液相,Nd:YAG激光的吸收率均约为CO2激光的3倍多,因此Nd:YAG激光比CO2激光更适用于激光熔覆和激光金属直接成形制造。关键词:CO2激光;Nd:YAG激光;准分子激光;熔覆特性;吸收率

中图分类号:TG665;TH16　　文献标识码:A　　文章编号:025426051(2008)0620014205

Comparisonofcladdingcharacteristicson2,

Nd:YAGlaserandla(StateKeyLaboratoryforManufacturingSystemUniversity,Xi′anShaanxi710049,China)Abstract:Bycomparingoutputperfororpspatialdistribution,claddingcharacteristicsandmachiningperformanceof2theresultsshowthatcross2sectionalchartsofCO2andYAGla2sers′spatial()shape,buttheSDofexcimerlaser′sisrectangle.Theabsorptivityandmachiningprecisionoftheareinproperorder:excimerlaser>Nd:YAGlaser>CO2laser.Theaverageoutputpowerandlightspotdiameterofthethreelasersinproperorder:excimerlaser<Nd:YAGlaser<CO2laser.TheCO2laserissuitableforhighpowerandlargesize,andtheaccuracydemandscomparativelylowinmachiningandcladdingfields;Nd:YAGlaserisfitforsmallandmediumpower,thesmallandmediumdimension,andtheaccuracydemandshigherinmachiningandcladdingfields;Excimerlaserisapplicabletosmallpowerandsmallsize,andtheaccuracydemandsveryhighinmicro2nanomachining,micro2electricsandbiomedicinefields.Nomatterhowtheirradiatedmaterialsareinsolidphaseorliquidphase,Nd:YAGlaser′sabsorptivityisaboutthreetimesthanhigherCO2laser′s,soNd:YAGlaserisfitterthanCO2laserforlasercladdingandlaserdirectlymetalformingmanufacturing.Keywords:CO2laser;Nd:YAGlaser;excimerlaser;claddingcharacteristics;absorptivity

　　激光熔覆技术作为零件表面改型和改性技术,具有稀释率低、热影响区小、与基体形成冶金结合、熔覆

件扭曲畸变较小、过程易于实现自动化等诸多优点。激光熔覆技术应用到表面处理上,既可以极大提高零件表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀、耐疲劳等力学性能,又可以极大提高材料的使用寿命,还可以用于废品件的修复和绿色再制造,有效节约加工成本。随着数控技术和大功率激光技术的发展,激光熔覆技术由二维熔

作者简介:张安峰(1956.05—),男,陕西西安人,副教授,博士,主要从事复杂零件定向凝固制造技术以及激光直接金属快速成形制造技术的研究,发表学术论文40余篇。联系电话:029282668557　E2mail:zhangaf@

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50675171);国家“973”计划资助项目(2007CB707704)收稿日期:2008201210

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直接制造出金属零件力

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ZHANGAn2feng,ZHUGang222heng

覆向三维熔覆构造金属零件发展。如今已经把激光器、五轴联动数控激光加工机、外光路系统、自动化可调合金粉末输送系统(也可送丝)、专用CAD/CAM软

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件和全过程参数检测系统,集成构筑成闭环控制系统,

。标志着激光熔覆技术的发

展登上了一个新的台阶———激光金属直接快速成形制造技术。

过去多采用CO2激光进行熔覆,Nd:YAG和准分子激光因功率较低,常用于打标、焊接、切割、微加工等。近年来高功率Nd:YAG激光技术取得了飞跃发展,国际上几千瓦的激光器已形成产品。由于Nd:YAG激光波长短,而准分子激光波长更短,在金属材料中的吸收率高于CO2激光,还可以用光纤传输,具有良好加工柔性,因而在激光熔覆方面显示出巨大潜

。激光制造技术在航空航天、机械冶金、汽车船