皮秒激光旋切加工微孔试验研究

为了解决毫/纳秒激光加工微孔质量低的问题,利用脉冲宽度为200ps的脉冲激光,采用高速旋切法对厚度为0.2mm的SUS 304不锈钢薄板进行直径为200μm的微孔加工试验,用激光共聚焦显微镜观察孔的外观形貌,研究旋切速率、激光功率和离焦量等因素对孔径、锥度和热影响区等加工质量的影响。结果表明,旋切速率对微孔内壁质量有直接的影响;通过提高转速来降低激光脉冲重叠率可以减小微孔内壁的热影响区;适当增加激光功率,能够改善旋切加工微孔切口处的加工质量;采用正离焦加工能够一定程度减小孔的锥度。优化工艺参量能够加工出热影响区小、边缘质量好的小锥度微孔。     

飞秒激光工艺参数对合金DD6气膜孔加工的影响

采用扫描电子显微镜(SEM)观察不同工艺参数下飞秒激光加工镍基单晶合金DD6气膜孔的形貌,主要考虑不同离焦量、不同单脉冲能量下气膜孔的孔径、锥度和圆度误差.实验结果表明:当离焦量由零转为正或负时,上孔径和锥度会增大,而下孔径则会减小;当离焦量由负变正时,圆度误差变大;当单脉冲能量逐渐增大,孔直径越大,锥度则会减小,圆度误差逐渐增大.当加工时间为30 min,离焦量为0,单脉冲能量为100 μJ时,孔锥度达到最佳值.     

飞秒激光烧蚀加工恒弹性合金的规律研究

恒弹性合金的加工对表面质量和加工精度的要求越来越高,为了实现对恒弹合金的精密定量去除,本文探索了采用飞秒激光烧蚀的加工新方法。首先,分析计算了在高强度飞秒激光辐照加工下,恒弹性合金材料的烧蚀阈值;其次,实验研究了飞秒激光脉冲能量和脉冲个数对该材料上烧蚀加工微坑的直径和深度的影响,结果表明：恒弹性合金的飞秒激光烧蚀阈值为0.167 J/cm2;可以通过增大脉冲能量来增大烧蚀坑直径,通过增大脉冲数来增大烧蚀坑深度。脉冲烧蚀坑直径上限为150.64 μm,运用飞秒激光旋切加工方法,可获得直径为500 μm的微孔,提高了飞秒激光烧蚀加工的能力。     

基于正交实验的SUS304不锈钢激光打孔过程参量优化

为了优化激光打孔参量和提高激光打孔成型质量,采用正交实验法对5mm厚的SUS304不锈钢材料进行激光打孔实验研究和理论分析,测量和计算得到了激光打孔上下孔径和锥度的数据,并采用极差分析法得到了脉冲宽度、脉冲能量、重复频率、离焦量和脉冲个数等参量对小孔锥度的影响程度以及SUS304不锈钢激光打孔的最优实验参量组合。结果表明,离焦量、脉冲宽度和脉冲个数对孔锥度的影响较大,重复频率和脉冲能量的影响较小,优化后的激光参量为脉冲宽度0.5ms、脉冲能量2.5J、重复频率40Hz、离焦量0mm、脉冲个数200个。采用优化后的激光参量可加工出锥度较小的孔。     

飞秒激光成丝制备毫米级深孔

利用飞秒激光成丝效应对2mm厚的聚甲基丙烯酸甲酯材料在空气环境下进行打孔实验,总结光丝长度随飞秒激光平均功率的变化,利用扫描电子显微镜初步分析深微孔的表面形貌并测量孔径的大小,然后分析孔径、深宽比以及锥度随激光平均功率和加工时间的变化规律。研究结果表明,随着飞秒激光平均功率的增大,孔径大小和锥度均有着明显的增大趋势,且深宽比下降。随着加工时间的增加,孔径变大,深宽比下降,锥度先增大后减小再增大,但总体上呈现增大趋势。     

飞秒激光参数对石英玻璃微孔加工的影响

微孔加工是微器件加工中的重要环节,飞秒激光的强烈非线性吸收和"冷加工"特性使其在玻璃微纳加工方面有独特的优势和应用前景。选用石英玻璃作为试验材料,研究飞秒激光参数对微孔深径比及形貌的影响。结果表明,飞秒激光脉冲能量、打孔速度对微孔深径比存在较大影响。随着激光能量和打孔速度的增加,微孔深径比均呈现减小趋势。通过选择适当参数,可以获得深径比大于25∶1且孔形较好、无明显裂纹的长直微孔。为了获得更好的聚焦效果,采用倍频晶体BBO获得了400 nm波长的飞秒激光。用相同聚焦透镜时400 nm飞秒激光加工的微孔比800 nm更小。此外,也对飞秒激光微孔加工中常见的缺陷进行了分析。     

晶体硅片上激光打孔的研究

背面接触太阳电池越来越多地被人们关注,这种电池增加了使用激光器在硅片上打孔工艺。选用了半导体激光器作为光源在晶体硅片上进行打孔实验。通过调节激光器的功率、离焦量、脉冲重复频率等参数并分析其对打孔的影响。在激光打孔后,对硅片使用显微镜测试来分析打孔大小、形貌和损伤区,并优化打孔的参数。通过实验证实孔的入孔直径和出孔直径都随激光能量的增大而增大。随着离焦量的增大,出孔直径先增大后减小,且出孔直径越大时孔附近的破坏区域越小。脉冲重复频率的变化由于影响激光能量而影响孔径。另外,脉冲重复频率过大时,激光能量仍然比较大,但却打不穿硅片。     

飞秒激光环切加工不锈钢微孔工艺及其质量控制神经网络模型

利用飞秒激光微纳加工系统开展环切加工喷油器微孔的理论和实验研究。以06Cr19Ni10不锈钢为靶材,选取影响飞秒激光环切制孔过程的主要参数,基于L₂₅(55)的正交表设计了5因素5水平的正交实验,分析激光功率、重复频率、离焦量、扫描速度和扫描次数对微孔加工影响的显著性水平,探究微孔的成形演化规律以及各参数对微孔几何精度和形貌的影响,最终得到相对最优的参数水平组合为:激光功率 1.0 W,重复频率 9.0 kHz,离焦量200 μm,扫描速度1.0 mm/s,扫描次数40次;基于BP神经网络建立关于上述5个参数为输入,微孔出入口孔径为输出的映射模型,通过对正交实验数据的迭代训练以及验证,最终建立出相对误差保持在7.6%以内的神经网络预测模型。     

光阑限制飞秒高斯激光光束对微孔加工的影响

基于飞秒微孔加工平台,开展了激光加工光路中光阑尺寸对激光微孔加工孔壁质量影响的实验研究,并采用软件仿真和实验结合的方法研究不同光阑限制高斯光束造成的能量波动情况和对实际加工效果的影响。仿真结果表明在光阑光束比小于1.6的情况下高斯光束截面能量分布开始受到影响,高斯光束截面出现能量波动现象。并对不同光阑光束比情况下微孔加工进行实验,实验结果表明:在光阑光束比小于1.6情况下高斯光束截面能量分布发生调制,但是能量波动起初对实际加工影响较小。随着光阑光束比的下降微孔加工孔壁粗糙度增加,当光阑光束比小于0.9时孔壁出现凹槽,孔壁不再光滑,当光阑光束比小于0.7时会严重影响激光加工效率且孔壁质量进一步恶化。     

飞秒激光制备阵列孔金属微滤膜

选用不锈钢、铜和铝三种金属薄膜作为实验材料,厚度10~50μm.对不锈钢、铜和铝三种金属薄膜进行飞秒激光加工,研究了所形成的微纳米孔直径与飞秒激光加工参数的关系.结果表明,飞秒激光加工的微孔直径随单脉冲能量和脉冲数的平方根的增大而增大.不锈钢薄膜适于飞秒激光制作金属微孔膜,在25μm厚的不锈钢薄膜上制备了大面积阵列微孔,孔直径为2.5~10μm,孔间距为10~50μm.与传统烧结金属微孔过滤膜比较,飞秒激光制备阵列微孔金属膜具有膜孔尺寸均匀一致、直通孔形、膜孔尺寸和间距可控等特点,可获得较高的孔隙率,有利于提高透过水通量.     

超短脉冲激光微孔加工(下)——实验探索

自20世纪60年代激光器被发明以来,其脉冲宽度被不断压缩至亚皮秒及飞秒量级,使得激光加工技术进入到了超短脉冲阶段。与其它加工技术相比,超短脉冲激光微孔加工突破了对尺度和材料的限制,并具有高精度和自动化等优点。主要论述了超短脉冲激光微孔加工的优势,如冷加工、突破衍射极限的低微米及纳米量级的加工等。介绍了超短脉冲激光微孔加工中的三个经典模型,包括孔径和阈值关系模型、多脉冲累积模型和单脉冲烧蚀深度模型。简述了超短脉冲激光微孔加工的实验研究现状,并给出了存在的问题和展望。     

旋转双光楔光路引导系统Matlab仿真研究

由于光楔在高精度微孔加工中起着对激光光束引导作用，为了提高激光微细孔加工质量，给出了一种提高光楔对激光微加工精度分析的方法。首先提出了单光楔矢量等效概念，基于单光楔矢量定义对双光楔矢量模型进行了建立与分析，并得出了多个光楔进行矢量叠加的新方法；其次，应用Matlab 编写了仿真软件，仿真得出了激光束经过两个相同光楔后的轨迹，并指出了由于运动系统的不同步对激光微孔加工中打孔质量的影响，进行了误差定量分析并给出了误差计算公式。文中结论对高精度激光微孔加工控制系统设计时的性能指标提供参考。     

不同水辅助方法对高温合金飞秒激光逐层逐圈切孔质量的影响

主要研究了水基和水膜辅助这两种不同水辅助方式对飞秒激光高温合金逐层逐圈切孔质量的影响,对比分析了不同水辅助方式下激光脉冲重复频率变化对微孔出入口孔径、锥度、内壁形貌和内壁粗糙度的影响。实验结果表明:水基和水膜辅助均可以改善飞秒激光制造微孔的质量,微孔锥度减小,微孔内壁粗糙度减小,且水基辅助的改善效果更明显。当激光脉冲能量为80 μJ,脉冲重复频率在100 kHz左右时,水基辅助飞秒激光制孔可以获得较好的孔内壁质量,同时相比于空气中孔的锥度减少18.04%。随着激光脉冲重复频率的增加,两种水辅助条件下微孔的出入口孔径和锥度均先减小后增大,其中水基辅助下的微孔内壁粗糙度数值变化不大,水膜辅助下微孔内壁粗糙度数值不断增加。实验结果为优化水辅助飞秒激光制孔工艺提供了参考。     

超短脉冲激光微孔加工(上)——理论研究

自20世纪60年代激光器被发明以来,其脉冲宽度被不断压缩至亚皮秒及飞秒量级,使得激光加工技术进入到了超短脉冲阶段。为了进一步优化超短脉冲激光的微加工,理论研究必不可少。主要论述了超短脉冲激光与不同类型材料之间的相互作用机制。简述了超短脉冲激光微孔加工中的典型物理特性,如等离子体效应、自聚焦和光丝效应及锥形辐射等。分析了超短脉冲激光微孔加工的理论研究现状,并得出了目前理论研究中存在的问题。     

旋转双光楔在激光微孔加工中的应用

采用波长为355nm的高重复频率、纳秒脉冲全固态紫外激光器作为光源,对材料进行精确螺旋状钻孔.激光加工光束偏离小孔中心由偏置双光楔产生,并由高速电机带动旋转,使得小孔边缘的热效应降到最低;小孔的中心位置由高精度二维工作台位移决定,可以应用于列阵孔的激光加工中.     

离焦量对等离子体冲击波力学效应的影响

为研究激光等离子体冲击波力学效应受入射激光及环境因素的影响,利用波长1．06μm,脉冲能量320 mJ,脉宽10 ns的Nd;YAG激光作用在Al靶上,研究了冲量耦合系数(C_m)和离焦量(Z)之间的关系。实验发现在1．01×10~5 Pa情况下,初始时C_m随Z增大而增大,到Z=-12 mm附近达到最大值;而后C_m随Z增大而减小。在4000 Pa时,C_m随Z的变化关系与1．01×10~5 Pa时相似,但峰值位置后移。离焦量不同时,由于作用激光的功率密度不同而影响等离子体屏蔽效果;光斑大小不同将影响稀疏波作用,且离焦量正负不同时激光等离子体冲击波对靶的作用机制也明显不同,这些因素决定了离焦量对等离子体冲击波力学效应的影响。     

飞秒激光加工镍基高温合金叶片气膜孔的试验研究北大核心CSCD

分析了飞秒激光与镍基高温合金的相互作用机理,对于飞秒激光加工的热影响区极小做出了理论解释;对单脉冲的激光光源项进行改进,使用螺旋加工法,进行了飞秒激光加工镍基高温合金气膜孔加工试验,得到了激光功率、离焦量、单层进给量、单层扫描时间对于加工质量的影响规律,找到了最优工艺参数,对设计激光加工工艺参数提供理论参考。     

供油孔流量数值模拟及其飞秒激光加工工艺优化

航天发动机供油装置的喷油流量均匀性是决定其性能质量的关键技术指标,其中供油孔的形状尺寸、内表面状态是喷油流量的重要影响因素。传统的供油孔加工方法以电火花加工为主,存在较厚的重铸层,且加工效率低。而激光制孔为典型的非接触式制孔方法,具有加工效率高、质量好,重铸层少的显著优势。为满足某型号航天发动机供油装置的高效高质量制造要求,采用脉宽为200 fs的超短脉冲飞秒激光螺旋制孔工艺,针对1.5 mm厚的GH3044镍基合金材料开展了以0.39 mm孔径为加工基准的流量数值模拟及工艺试验研究。首先通过数值模拟手段,研究了孔径、圆度、锥度以及内壁粗糙度对供油孔流量的影响规律和控制手段,之后根据模拟所获得的理论结果,通过飞秒激光制孔试验对制孔工艺进行了优化。研究发现,出入口孔径是决定流量大小最重要的因素,在单脉冲能量140μJ,单层扫描时间1 200 ms,单层进给量0.02 mm,重复频率100 kHz,旋转速度2 400 r/min的工艺下,将孔径偏差控制在±5μm以内,最终成功实现了供油孔流量偏差1.8%的制孔效果。     

脉冲光纤激光加工36MnVS4连杆裂解槽的研究

为了获得新材料36 MnVS4连杆裂解槽的最优切割质量,采用光纤激光器对36 MnVS4连杆进行了裂解槽激光加工的工艺研究,分析了离焦量、峰值功率、脉冲宽度、切割速度和脉冲频率对裂解槽几何尺寸的影响,通过激光共聚焦显微镜测量对比,研究不同激光工艺参数下裂解槽几何尺寸的变化规律。结果表明:负离焦能加工出质量更好的裂解槽;峰值功率、脉冲宽度、脉冲频率和切割速度对槽深和张角的影响较大,对槽宽和曲率半径的影响较小,但在裂解槽深度为0.5~0.6 mm时,张角在10°~25°的较小范围内变化。