高质量激光打孔技术的研究

论文摘要

激光打孔是目前小孔加工中不可缺少而且应用广泛的激光加工方法之一。近年来,随着对微孔加工质量要求的提高,传统的微孔加工方法已不能满足微孔加工深径比要求。而激光加工可以满足许多加工的特殊要求,因此它已成为小孔加工中最为人们所重视的加工方法。由于脉冲激光打孔具有效率高、成本低及综合技术经济效益显著等优点,因此已被广泛应用于航空航天等工业上。本文首先分析了激光打孔过程中激光与材料的相互作用,重点介绍了金属与激光作用的机理,以及各种激光打孔方式的特点。并在理论分析的基础上以及针对激光打孔中出现的再铸层和微裂纹等问题,采用研制的具有切割功能的高功率高光束质量的激光器,进行了激光打孔的实验研究。这台激光器所达到的参数为:①输出功率达到500w;②激光能量不稳定度:<±2%;③激光的发散角:3.5mrad。采用两种激光打孔方法——旋切打孔的方式和冲击打孔的方式,针对这两种方法研制了一种新型的激光打孔装置,并通过理论分析了冲击打孔和旋切打孔方法的特点。采用不同的激光参数在研制的激光打孔装置上对低碳钢和高温合金进行了激光打孔工艺的研究,对激光参数以及辅助气体对打孔的影响进行了分析,并采用自由脉冲进行了旋切打孔的研究,通过分析得出旋切打孔可以得到小锥度、再铸层少的孔。然后进行高峰值调制脉冲冲击打孔的研究,得出调制脉冲打孔的优越特性。并研究了调制脉冲在激光阈值附近的微孔加工,实验得出采用这种方法可以得到高质量的微小孔。最终得出:在工件上打大孔径的孔时,采用旋切打孔的方法可以得到了圆度高、锥度小的孔质量。打微小孔时,采用激光阈值附近的打孔,可以得到高质量的微孔。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 激光打孔的优点
• 1.3 激光打孔存在的问题
• 1.4 激光打孔发展现状以及发展趋势
• 1.4.1 激光打孔技术发展现状
• 1.4.2 激光打孔发展趋势
• 1.5 课题研究的来源和论文的主要内容
• 1.5.1 课题来源
• 1.5.2 研究的主要内容
• 第二章 激光与材料的作用机理研究
• 2.1 激光打孔的特性
• 2.2 激光打孔机理
• 2.3 激光与材料作用一般规律
• 2.4 激光打孔分类
• 2.4.1 激光热打孔
• 2.4.2 激光冷打孔
• 2.5 激光打孔方式的分类
• 2.5.1 复制法
• 2.5.2 轮廓迂回法
• 2.6 短脉冲激光去除材料的机理研究
• 2.6.1 飞秒激光去除加工过程
• 2.6.2 皮秒激光去除材料的过程
• 2.6.3 纳秒激光去除加工过程
• 2.7 本章总结
• 第三章 激光打孔设备
• 3.1 激光打孔用激光器
• 3.2 激光打孔用电源
• 3.3 打孔用光学系统
• 3.3.1 激光打孔用光学系统
• 3.3.2 光束参数变换系统
• 3.4 激光打孔用机床
• 第四章 激光打孔实验研究
• 4.1 激光打孔的实验装置
• 4.2 激光器的光束质量
• 4.3 激光参数对激光打孔的影响
• 4.3.1 脉冲能量对激光打孔的影响
• 4.3.2 脉冲宽度对激光打孔的影响
• 4.3.3 激光打孔中离焦量对打孔的影响
• 4.3.4 脉冲激光的重复频率对激光打孔的影响
• 4.3.5 辅助气体对激光打孔的影响
• 4.4 激光旋切吹氧法研究
• 4.4.1 激光旋切打孔法
• 4.4.2 实验研究
• 4.5 本章小结
• 第五章 激光调制脉冲打孔研究
• 5.1 调制脉冲冲击打孔试验
• 5.2 调制脉冲激光阈值附近微孔加工的研究
• 5.3 本章小结
• 结论
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢