一種雷射鑽孔方法
2023-06-22 02:05:51 1
專利名稱：一種雷射鑽孔方法
技術領域：
本發明涉及雷射加工領域，特指一種在雷射鑽孔過程中利用高速流體輔助鑽孔的方法。
背景技術：
雷射打孔是最早達到實用化的雷射加工技術，也是雷射加工的主要應用領域之一。隨著近代工業和科學技術的迅速發展，使用硬度大、熔點高的材料越來越多，而傳統的加工方法已不能滿足某些工藝要求。例如，在高熔點金屬鑰板上加工微米量級孔徑；在硬質碳化鎢上加工幾十微米的小孔；在紅、藍寶石上加工幾百微米的深孔以及金剛石拉絲模具、化學纖維的噴絲頭等。這一類的加工任務用常規機械加工方法很困難，有時甚至是不可能的，而用雷射打孔則不難實現。雷射束在空間和時間上高度集中，利用透鏡聚焦，可以將光斑直徑縮小到微米級從而獲得105-1015W/cm2的雷射功率密度。如此高的功率密度幾乎可以在任何材料實行雷射打孔，而且與其它方法如機械鑽孔、電火花加工等常規打孔手段相比，具有以下顯著的優點I)雷射打孔速度快，效率高，經濟效益好。由於雷射打孔是利用功率密度為107-109W/cm2的高能雷射束對材料進行瞬時作用，作用時間只有10 —
3-10 - 5s,因此雷射打孔速度非常快。將高效能雷射器與高精度的工具機及控制系統配合，通過微處理機進行程序控制，可以實現高效率打孔。在不同的工件上雷射打孔與電火花打孔及機械鑽孔相比，效率提高10-1000倍。但是現有的雷射鑽孔方法具有以下缺點1.在利用雷射鑽大直徑的孔時熔渣難以排出；2.加工後孔表面熔融濺射物很多影響孔的質量；3.使用長脈衝雷射鑽孔時鑽孔質量不佳，且不易鑽通，必須縮短雷射脈衝增加了控制成本。
發明內容
本發明針對上述現有技術的不足，提供了一種雷射鑽孔的方法；該雷射鑽孔的方法提高了鑽孔速率、提高了孔的加工質量並降低了控制成本。本發明是通過如下技術方案實現的一種雷射鑽孔方法，包括以下步驟(I)用增壓裝置將高壓氣體或液體噴射至將要鑽孔的工件表面並在工件表面形成一層高速流體層，所述高速流體層的流體流向平行於工件表面；(2)啟動雷射器發出雷射光束在工件表面進行鑽孔。雷射作用於工件表面時，首先使得一部分材料蒸發形成一個微小的孔，接著雷射進一步融化材料加大孔的深度，這時孔內有多種複雜成分，其中主要的成分為熔融的工件材料(呈液態)，蒸發的工件材料蒸汽(呈氣態)，雷射與材料蒸汽作用形成的等離子體(電子激發態)。等離子體首先迅速膨脹並噴出孔外，在孔口附近形成等離子體雲覆蓋在孔口，接著在雷射的作用下，孔內熔融材料、材料蒸汽及等離子體繼續增多，在等離子體的覆蓋下這些成分在雷射的熱作用下急劇膨脹，並發生爆炸，這些成分最終混合在一起噴射出孔外。這種爆炸會對孔的質量造成不利影響，如在空內壁產生拉應力，形成裂紋等，且等離子體對雷射有屏蔽作用，減小了照射到孔內的雷射能量，使得雷射能量不能完全利用。採用本發明所述雷射鑽孔方法鑽孔時，工件的表面有高速流體層，首先產生的蒸發材料會被迅速帶走，增加了材料的蒸發速率，當孔形成時由於孔表面的流體速度很高且遠遠大於孔內的氣體流速，使得孔內的壓力大於孔外壓力，這樣孔內外形成壓力差，使得孔內高壓的等離子體、材料蒸汽和熔融材料快速膨脹並迅速排出孔外，這些排出孔外的成分又很快的被高速流體層帶走使其難以在孔口形成屏蔽層，這樣減小了等離子體、材料蒸汽及熔融材料對後續雷射的屏蔽作用，從而提高雷射能量的利用率同時也提高了鑽孔的效率。綜上，本發明具有如下有益效果1.高速流體層覆蓋於工件表面有利於將孔內的熔渣排出，提高了鑽孔速率。2.高速流體帶走一部分雷射產生的熱量，減小了雷射加工的熱影響區。3.減少了孔口表面濺射物，提高孔的加工質量。4.減小了孔內雷射誘導爆炸的強度，延長了孔的壽命。5.高速流體層使得長脈衝雷射也可以進行鑽孔作業，降低了控制成本。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。圖1是本發明所述雷射鑽孔方法示意圖；1、增壓裝置；2、工件；3、噴射頭；4、雷射鑽頭；5、雷射光束；6、高速流體層；
具體實施例方式以下實施例用來說明本發明，但不是限制本發明。下面結合附圖詳細說明本發明提出的方法的細節。本發明提供了一種雷射鑽孔方法，如圖1所示，將噴射頭3以一定角度固定在工件2上方；雷射鑽頭4對準工件2上需要鑽孔的位置，噴射頭3應與雷射鑽頭4保持一定距離且噴射頭3的噴出的氣流或液體不應正對鑽孔位置；打開增壓裝置1，噴射頭3噴出氣體或液體在工件2表面形成高速流體層6，高速流體層6的流體流向平行於工件表面；之後啟動雷射器發出雷射光束5在工件2表面進行鑽孔。
權利要求
1.一種雷射鑽孔方法，其特徵在於，包括以下步驟 (1)用增壓裝置將高壓氣體或液體噴射至將要鑽孔的工件表面並在工件表面形成一層高速流體層，所述高速流體層的流體流向平行於工件表面； (2)啟動雷射器發出雷射光束在工件表面進行鑽孔。
全文摘要
本發明提供了一種雷射鑽孔方法，包括以下步驟(1)用增壓裝置將高壓氣體或液體噴射至將要鑽孔的工件表面並在工件表面形成一層高速流體層，所述高速流體層的流體流向平行於工件表面；(2)啟動雷射器發出雷射光束在工件表面進行鑽孔。本發明利用高速流體減小加工孔表面壓力，使得加工孔內熔融材料及材料蒸汽得以迅速排出，並通過高速流體減小等離子體屏蔽作用從而提高了雷射鑽孔的加工速率和質量。高速流體層使得長脈衝雷射也可以進行鑽孔作業，降低了控制成本。
文檔編號B23K26/14GK103056520SQ20131001370
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月14日 優先權日2013年1月14日
發明者馮愛新, 盧軼, 薛偉, 田良, 謝華錕, 顧永玉 申請人:溫州大學, 江蘇大學, 蘇州領創雷射科技有限公司, 成都工具研究所有限公司