超聲輔助納秒激光成孔技術(shù)基礎(chǔ)研究.pdf

1、激光加工技術(shù)以其柔性、高效、非接觸及材料適應(yīng)性廣等特點(diǎn)成為不可替代的加工技術(shù)。短及超短脈沖激光(ns～fs)可獲得比長(zhǎng)脈沖激光更佳的加工質(zhì)量，短脈沖納秒激光因其高效率、低成本的特點(diǎn)，在激光成孔領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。然而，納秒激光成孔時(shí)，孔口及孔壁易產(chǎn)生翻渣、再鑄層和裂紋等缺陷，開發(fā)輔助工藝進(jìn)一步提高納秒激光成孔質(zhì)量，是當(dāng)前激光成孔領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本文針對(duì)空氣及液體介質(zhì)中激光成孔易產(chǎn)生各類缺陷的弊端，分別提出了空氣中工件超聲振動(dòng)輔助成孔工藝和

2、水下超聲場(chǎng)輔助激光成孔工藝。本文主要研究工作與結(jié)論如下:
　　(1)分析了工件超聲振動(dòng)輔助激光成孔的質(zhì)量?jī)?yōu)化機(jī)制。研究認(rèn)為超聲振動(dòng)可提高孔底激光趨膚深度，改善孔壁激光輻照的均勻性，降低打孔的隨機(jī)性，且超聲振動(dòng)有利于熔融物在反沖壓力的作用下更易排出孔外，減少再鑄層，提高激光的加工效率。
　　(2)提出了水下超聲場(chǎng)改善激光成孔質(zhì)量的新工藝并分析了水下超聲場(chǎng)輔助激光成孔的優(yōu)化機(jī)制。研究認(rèn)為超聲波的加載將在液體中形成空化效應(yīng)、聲流場(chǎng)

3、等現(xiàn)象，空化泡振蕩產(chǎn)生的沖擊波和其潰滅時(shí)的射流能清潔孔壁和工件表面，消除熱氣泡、去除孔內(nèi)的熔渣并阻止液相中飛濺物再次沉積;工件表面和空化泡附近形成的聲流場(chǎng)加速了液體的對(duì)流，使得工件表面快速冷卻，降低孔壁的再鑄層厚度。
　　(3)開展了超聲輔助振動(dòng)納秒激光成孔實(shí)驗(yàn)研究。超聲振動(dòng)輔助激光打微盲孔實(shí)驗(yàn)中，超聲振動(dòng)使孔深增大、毛刺和濺射減少、再鑄層厚度減小。在超聲振動(dòng)輔助激光打通孔實(shí)驗(yàn)中，孔截面更接近直孔、錐度和孔壁粗糙度減小。上下孔口直

4、徑隨脈沖能量增大而增大;脈沖頻率對(duì)上孔口直徑和孔的錐度影響顯著;離焦量不同，孔的形貌不同，采用輔助氣體有助于改善孔的質(zhì)量。
　　(4)開展了水下超聲場(chǎng)輔助納秒激光成孔實(shí)驗(yàn)研究。采用NCS-1型水聽器檢測(cè)了成孔過程中的聲壓信號(hào)，對(duì)比分析了有無超聲場(chǎng)下的激光成孔質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明超聲場(chǎng)能夠增強(qiáng)等離子體沖擊波和光空化效應(yīng)，孔口直徑和孔深均隨超聲功率和激光脈沖能量的增大而增大，孔錐度減小;優(yōu)化后最佳的水層厚度約3mm。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)超聲場(chǎng)輔助成