脈沖穿孔

以下主要討論使用高峰值功率(可達到20kW)的脈沖Nd:YAG激光器分別在直接光束傳輸和光纖傳輸系統(tǒng)中的脈沖穿孔應用。我們選擇在鎳基合金上用不同的激光和參數(shù)進行打孔，從而研究它的重鑄層、錐度、氧化層裂縫以及加工時間等參數(shù)的范圍。

1.鉆孔測試

（1）激光器

表2 JK704 的激光參數(shù)

試驗選用JK704激光器做直接傳輸光束鉆孔。這種激光器可提供很高的峰值功率（見表2）和很好的脈沖穩(wěn)定性，非常適合加工小徑孔（0.25～0.90mm）。激光器的高斯光束質(zhì)量（見圖3）和增強的控制和脈沖整形特性為加工包括具有隔熱涂層材料在內(nèi)的航天材料時提供了更大的靈活性。

圖3 JK704 的光束質(zhì)量

表3 JK 300D 參數(shù)表

圖4 JK300D #p#分頁標題#e#激光器的Top hat 光束特性

此光纖傳輸鉆孔測試將用GSI 最新的高峰值功率脈沖激光器JK300D來完成（參數(shù)見表3）。這種激光器有很高的峰值功率和Top hat特性（見圖4），適合航空合金材料脈沖穿孔。激光器發(fā)出的光束在10m×300μm直徑的光纖中傳輸，通過160mm的右角度準直系統(tǒng)和光學聚焦鏡輸出。

（2）穿孔測試

我們用兩種激光系統(tǒng)分別采用各種激光和工作參數(shù)來進行鉆孔測試（見表4）。并通過這些參數(shù)來比較兩種激光系統(tǒng)分別在航空鎳基合金上鉆孔的表現(xiàn)。

4 穿孔測試參數(shù)

（3）結(jié)果與討論

由于零件的設計者首先考慮的是充分的氣流量通過冷卻孔來達到合適的冷卻作用，而氣流大小主要由零件表面的孔的大小和形狀來決定，所以要嚴格控制孔的尺寸、圓度和錐度。還有其他的一些因素要考慮，因為孔和孔之間位置相對來說比較接近，所以任何孔的尺寸的偏差都有可能影響到該區(qū)域上的其他孔，從而導致零件的局部偏差。除了重鑄層和熱機影響區(qū)外，錐度過大和表面凸槽是不允許的。

圖5 #p#分頁標題#e#不同脈沖寬度時的鉆孔時間 (與表面成20角，JK300D，O2 輔助)

圖6 不同脈沖寬度時的鉆孔時間 (與表面成10角，300μm光斑，O2 輔助)

圖7 不同脈沖寬度時的鉆孔時間 (與表面成20角，JK704LD1，O2 輔助)