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随着激光技术的发展,激光在生产、生活中的应用日趋普遍,特别在工业领域,激光加工更得到了最为广泛的应用。与传统的机械、化学方式相比,激光加工具有精度高、可控性强、影响范围小和成本低廉等优势。激光打孔作为应用较早的一种激光技术,广泛用于航空、航天、电子、汽车、船舶等行业。而金属作为普遍使用的一种材料,在其上打孔,特别是打大深径比的孔,成为研究和应用的热点。51漫画
激光加工是激光和材料相互作用的过程,利用光学系统把激光聚焦到微米量级,在局部获得极高功率密度,使材料被熔化、气化,从而实现材料的去除。在激光对金属进行加工中,随着材料吸收激光的能量,会产生多种效应,如加热、熔化、汽化、等离子体等51漫画。
随着金属材料对激光能量的吸收,材料的温度升高,材料对激光吸收的多少受材料反射率、吸收系数、氧化层、表面形貌等影响。在激光功率密度较小时,仅引起材料的温度上升。增大激光功率密度,当材料表面的温度超过熔点,材料表面开始融化。进一步提升激光功率密度,当表面温度超过沸点,表面材料开始汽化。此时,汽化的粒子继续吸收激光能量,温度持续升高,导致汽化分子电离,形成等离子体。
在激光打孔中,金属材料对激光能量的吸收率随加工过程的进行而变化,这一变化主要表现在材料汽化前后。汽化前材料对激光的吸收率低;汽化后,材料表面产生小孔和等离子体云,对激光的吸收率显著提高。
激光对金属加工的效率和效果受激光脉冲宽度、脉冲能量、重复频率等因素的影响。以往,普遍使用单脉冲进行激光加工51漫画。随着研究的深入,人们认识到多脉冲或复合脉冲在加工中无论在效率还是质量方面更有优势。2008年,M.Brajdic等人采用纳秒、毫秒复合脉冲在不锈钢板上打孔,加工效率较相同平均功率的纳秒脉冲激光提高了30%。2005年,A.C.Forsman等人使用双纳秒脉冲对铝和不锈钢进行加工实验,较相同平均功率和重复频率的脉冲激光加工效率提高了3至10倍。复合脉冲激光加工的高性能是因为脉冲串中不同的脉冲对应了金属材料加工过程中的不同效应,在不同脉冲的配合下使加工效率倍增。
目前的复合脉冲激光基本上是由两台或多台激光器,在时间或空间上合束而产生的,不仅光路和控制十分复杂,复合脉冲可调参数少,灵活性比较低。闽都创新实验室任策博士团队开发出了脉冲串可编辑激光器,可以对脉冲串中的每个子脉冲的脉冲宽度、幅度和间隔进行编辑,更可编辑脉冲串内子脉冲数量和脉冲串重复频率。
这种激光器为复合脉冲的使用提供了极大的自由度,使激光加工的效能提升到极致。