隨著近代工業和科學技術的迅速發展,使用硬度大、熔點高的材料越來越多,而傳統的加工方法已不能滿足某些工藝要求。這一類的加工任務用常規機械加工方法很困難,有時甚至是不可能的,而用激光打孔則不難實現。激光束在空間和時間上高度集中,利用透鏡聚焦,可以將光斑直徑縮小到微米級從而獲得105-1015W/cm2的激光功率密度。如此高的功率密度幾乎可以在任何材料實行激光打孔。
激光打孔過程是激光和物質相互作用的熱物理過程,它是由激光光束特性(包括激光的波長、脈沖寬度、光束發散角、聚焦狀態等)和物質的諸多熱物理特性決定的。激光打孔的方式最初階段一般都必須先用激光在板材上穿一個小孔,然后再從小孔處開始切割。在厚板切割中,穿孔不好容易造成切割、加工不良。下面本文將對穿孔打孔的加工特性進行說明。
脈沖穿孔
脈沖穿孔的原理是采用高峰值功率的脈沖激光使少量材料熔化或汽化,通常采用空氣或氮氣作為輔助氣體。每段脈沖激光都會產生小的微粒噴射,并逐步深入,直至穿透板材,因此厚板穿孔時間較長。
爆破穿孔
爆破穿孔的工作原理是材料經連續激光的照射后在中心形成一個凹坑,然后由與激光束同軸的氣流很快將熔融材料去除形成一個孔。孔的大小與板材厚度有關,爆破穿孔平均直徑通常為板材厚度的一半。對較厚的板材進行爆破穿孔,孔徑會較大且不圓,因此爆破穿孔通常需要在廢料區上進行。
對比這兩種穿孔方法:脈沖穿孔的穿孔質量要比爆破穿孔好,但由于穿孔時間長,脈沖穿孔成本要更高一些。
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