复合激光冲孔的理论与实验研究
发布时间：2021-01-18 18:06
激光打孔技术因其加工效率高、质量好、成本低、适用材料范围广等优点,被广泛应用于工业制造。高效率激光冲击打孔,普遍采用大能量、高峰值功率的激光脉冲,典型的是IPG公司的QCW系列光纤激光器,但该激光器技术难度高,且其能量利用率有待提高。为降低打孔激光器的技术难度以及进一步提高激光冲击打孔的能量利用率,本文提出了采用调制的连续激光和高重复频率、高峰值功率的脉冲激光串进行复合激光冲击打孔的方法,以代替现有的大能量、高峰值功率的单脉冲激光。建立了激光冲击打孔理论模型,证明相同单脉冲能量下激光脉宽对材料的热影响区域影响不大,即调制复合激光冲击打孔与大能量、高峰值功率脉冲激光冲击打孔有相近的能量利用率。并指出调制复合激光进行冲击打孔时,调制的连续激光与高重复频率、高峰值功率的激光脉冲串之间,存在最佳匹配关系。搭建调制连续激光和高重复频率、高峰值功率脉冲激光复合冲击打孔实验系统,进行了3mm厚Q235B钢材激光材料去除率实验。结果表明,复合激光脉冲激光可以用于冲击打孔,大大降低了打孔激光器的技术难度,但相同能量下复合激光脉冲冲击打孔比高峰值功率激光单脉冲的材料去除率稍低,并验证了调制的连续激光与脉冲...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光打孔技术分类超快激光器作用出的孔虽然孔型质量较高，但其作用材料的厚度通常在1mm
图 1-2 Hanon 等用于激光打孔的毫秒激光波形）多台激光复合作用5 年，美国科学家 Jay A. Fox[18]采用了功率密度约 700W/cm2的 CO2连续激率密度约 5 109W/cm2，脉宽 25ns 的 Nd:glass 激光器共同作用不锈钢使得连续光打孔成为可能，同时减少了打孔过程中的重铸层。0 年，美国科学家 C. Lehane[19]首次提出双脉冲打孔的方法，脉宽 3.5ms， 5 105W/cm2的激光 1 和脉宽 0.15ms，功率密度 1.5 106W/cm2的激光用 1/8 英寸（3.2mm）厚的不锈钢，提高了打孔效率。5 年，美国的 A. C. Forsman[20]将两个纳秒激光延时 30-150ns 后叠加用打孔，得到了深径比大于 10 的孔型，材料去除率提高了 3-10 倍，具有铸层和热影响区。6 年，德国科学家 K. Walther 和 M. Brajdic[21]利用脉宽 17ns 的 DPSS 激 0.5ms 的 Nd：YAG 激光复合作用于 5、8、10 毫米厚的 1.4301 不锈钢，
图 1-3 秦渊等实验结果的盲孔截面图研究表明，脉冲激光的脉宽越短，与材料相互作用过程中的热影响区越层也越少，因此研究者采用多脉冲激光冲击打孔时引入一个短脉冲激光起到改善孔型质量和辅助提高效率的作用，其中长脉冲激光本身可单独过程，短脉冲激光仅起到辅助作用。而在本文采用的复合激光冲击打孔采用较低峰值功率的调制连续激光和高峰值功率脉冲激光共同用于打孔现有的高峰值、大功率的毫秒激光。 本文主要研究内容激光冲击打孔过程中，脉冲激光的单脉冲能量和峰值功率密度是关键性将材料加热至气化必须要有足够的能量，才能使材料温升以及克服相变潜热；而峰值功率密度则决定了材料的相变过程的快慢从而影响材料的
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合脉冲深度激光打孔的实验研究[J]. 何雅静,王伟,许本志,朱晓,齐丽君,朱长虹. 激光技术. 2017(03)
[2]基于热传导方程的长脉冲激光打孔效能比分析[J]. 张梁,秦渊,陆建,倪晓武. 光电子·激光. 2015(10)
[3]“中国光谷”激光产业发展对策研究[J]. 杨青,万兴子,刘星星. 科技和产业. 2015(08)
博士论文
[1]毫秒激光打孔过程熔融喷溅、重铸层和微裂纹形成机理研究[D]. 张廷忠.南京理工大学 2017
[2]碳钢激光打微孔质量控制技术研究[D]. 陈岱民.长春理工大学 2013
[3]毫秒激光与金属材料相互作用中的热学和力学效应研究[D]. 秦渊.南京理工大学 2012
[4]基于“三明治”新方法的激光深熔焊接小孔效应的模拟研究[D]. 张屹.湖南大学 2005
硕士论文
[1]复合激光打孔最佳匹配参数的理论与实验研究[D]. 许本志.华中科技大学 2017
[2]复合脉冲激光深度打孔的理论与实验研究[D]. 何雅静.华中科技大学 2016
[3]Nd：YAG激光器激光打孔实验研究[D]. 宫磊.长春理工大学 2008
[4]激光热处理过程中材料的激光吸收率研究[D]. 陈君.浙江工业大学 2008
[5]高质量激光打孔技术的研究[D]. 辛凤兰.北京工业大学 2006
本文编号：2985398
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光打孔技术分类超快激光器作用出的孔虽然孔型质量较高，但其作用材料的厚度通常在1mm
图 1-2 Hanon 等用于激光打孔的毫秒激光波形）多台激光复合作用5 年，美国科学家 Jay A. Fox[18]采用了功率密度约 700W/cm2的 CO2连续激率密度约 5 109W/cm2，脉宽 25ns 的 Nd:glass 激光器共同作用不锈钢使得连续光打孔成为可能，同时减少了打孔过程中的重铸层。0 年，美国科学家 C. Lehane[19]首次提出双脉冲打孔的方法，脉宽 3.5ms， 5 105W/cm2的激光 1 和脉宽 0.15ms，功率密度 1.5 106W/cm2的激光用 1/8 英寸（3.2mm）厚的不锈钢，提高了打孔效率。5 年，美国的 A. C. Forsman[20]将两个纳秒激光延时 30-150ns 后叠加用打孔，得到了深径比大于 10 的孔型，材料去除率提高了 3-10 倍，具有铸层和热影响区。6 年，德国科学家 K. Walther 和 M. Brajdic[21]利用脉宽 17ns 的 DPSS 激 0.5ms 的 Nd：YAG 激光复合作用于 5、8、10 毫米厚的 1.4301 不锈钢，
图 1-3 秦渊等实验结果的盲孔截面图研究表明，脉冲激光的脉宽越短，与材料相互作用过程中的热影响区越层也越少，因此研究者采用多脉冲激光冲击打孔时引入一个短脉冲激光起到改善孔型质量和辅助提高效率的作用，其中长脉冲激光本身可单独过程，短脉冲激光仅起到辅助作用。而在本文采用的复合激光冲击打孔采用较低峰值功率的调制连续激光和高峰值功率脉冲激光共同用于打孔现有的高峰值、大功率的毫秒激光。 本文主要研究内容激光冲击打孔过程中，脉冲激光的单脉冲能量和峰值功率密度是关键性将材料加热至气化必须要有足够的能量，才能使材料温升以及克服相变潜热；而峰值功率密度则决定了材料的相变过程的快慢从而影响材料的
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合脉冲深度激光打孔的实验研究[J]. 何雅静,王伟,许本志,朱晓,齐丽君,朱长虹. 激光技术. 2017(03)
[2]基于热传导方程的长脉冲激光打孔效能比分析[J]. 张梁,秦渊,陆建,倪晓武. 光电子·激光. 2015(10)
[3]“中国光谷”激光产业发展对策研究[J]. 杨青,万兴子,刘星星. 科技和产业. 2015(08)
博士论文
[1]毫秒激光打孔过程熔融喷溅、重铸层和微裂纹形成机理研究[D]. 张廷忠.南京理工大学 2017
[2]碳钢激光打微孔质量控制技术研究[D]. 陈岱民.长春理工大学 2013
[3]毫秒激光与金属材料相互作用中的热学和力学效应研究[D]. 秦渊.南京理工大学 2012
[4]基于“三明治”新方法的激光深熔焊接小孔效应的模拟研究[D]. 张屹.湖南大学 2005
硕士论文
[1]复合激光打孔最佳匹配参数的理论与实验研究[D]. 许本志.华中科技大学 2017
[2]复合脉冲激光深度打孔的理论与实验研究[D]. 何雅静.华中科技大学 2016
[3]Nd：YAG激光器激光打孔实验研究[D]. 宫磊.长春理工大学 2008
[4]激光热处理过程中材料的激光吸收率研究[D]. 陈君.浙江工业大学 2008
[5]高质量激光打孔技术的研究[D]. 辛凤兰.北京工业大学 2006
本文编号：2985398
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