激光打孔是通過(guò)高功率密度、短時(shí)間停留(低于激光切割)的脈沖熱源進(jìn)行打孔的激光加工技術(shù)??讖降男纬煽梢酝ㄟ^(guò)單脈沖或多脈沖實(shí)現(xiàn)。
在打孔過(guò)程中,首先使用打孔模式制備足夠尺度的小孔,從而使后續(xù)的切割過(guò)程從此處開始作業(yè)。鉆孔或穿透過(guò)程需要具有高峰值功率的可重復(fù)脈沖激光束,同時(shí)配合較高的氣壓來(lái)實(shí)現(xiàn),工件穿透之后,激光束通過(guò)峰值功率降低甚至轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)脈沖模式實(shí)現(xiàn)切割。
固體激光器波長(zhǎng)較短,能夠?qū)崿F(xiàn)高強(qiáng)度的脈沖輸出,因此更適用于激光打孔,比如Nd:YAG激光器、Nd:glass激光器和Nd:ruby激光器。
CO2激光器常用來(lái)進(jìn)行非金屬材料的開孔,如陶瓷、復(fù)合材料、塑料或者橡膠。金屬材料的激光鉆孔需要脈沖激光,光束聚焦功率密度要在10^5 W/mm^2 (6.5 W/in.^2 × 10^7 W/in.^2)以上。
在激光打孔模式下,需要使用短焦距透鏡將脈沖激光的高峰值功率光束聚焦到直徑為0.6毫米數(shù)量級(jí)的光斑上以達(dá)到鉆孔所需要的功率密度水平。
通過(guò)特定的激光諧振器可以實(shí)現(xiàn)激光束的低發(fā)散度。通過(guò)改變聚焦裝置的光圈可以實(shí)現(xiàn)光束直徑的控制。因此光圈可以用來(lái)提高聚焦光束的能量密度,提高光束的強(qiáng)度分布。
激光鉆孔具有激光切割的大部分優(yōu)點(diǎn)。它僅需要使光束與材料表面形成一定的角度就可實(shí)現(xiàn)激光束的攝入打孔,有效避免了機(jī)械加工時(shí)因結(jié)構(gòu)干涉帶來(lái)的撞擊破碎事件的發(fā)生。
激光打孔是最早達(dá)到實(shí)用化的激光加工技術(shù),也是激光加工的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。激光打孔主要用于金屬材料鋼、鉑、鉬、鉭、鎂、鍺、硅,輕金屬材料銅、鋅、鋁、不銹鋼、耐熱合金、鎳基質(zhì)合金、鈦金、白金,普通硬質(zhì)合金磁性材料以及非金屬材料中的陶瓷基片、人工寶石、金剛石膜、陶瓷、橡膠、塑料、玻璃等。
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