脈沖穿孔

以下主要討論使用高峰值功率(可達(dá)到20kW)的脈沖Nd:YAG激光器分別在直接光束傳輸和光纖傳輸系統(tǒng)中的脈沖穿孔應(yīng)用。我們選擇在鎳基合金上用不同的激光和參數(shù)進(jìn)行打孔，從而研究它的重鑄層、錐度、氧化層裂縫以及加工時(shí)間等參數(shù)的范圍。

1.鉆孔測(cè)試

（1）激光器

表2 JK704 的激光參數(shù)

試驗(yàn)選用JK704激光器做直接傳輸光束鉆孔。這種激光器可提供很高的峰值功率（見(jiàn)表2）和很好的脈沖穩(wěn)定性，非常適合加工小徑孔（0.25～0.90mm）。激光器的高斯光束質(zhì)量（見(jiàn)圖3）和增強(qiáng)的控制和脈沖整形特性為加工包括具有隔熱涂層材料在內(nèi)的航天材料時(shí)提供了更大的靈活性。

圖3 JK704 的光束質(zhì)量

表3 JK 300D 參數(shù)表

圖4 JK300D #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#激光器的Top hat 光束特性

此光纖傳輸鉆孔測(cè)試將用GSI 最新的高峰值功率脈沖激光器JK300D來(lái)完成（參數(shù)見(jiàn)表3）。這種激光器有很高的峰值功率和Top hat特性（見(jiàn)圖4），適合航空合金材料脈沖穿孔。激光器發(fā)出的光束在10m×300μm直徑的光纖中傳輸，通過(guò)160mm的右角度準(zhǔn)直系統(tǒng)和光學(xué)聚焦鏡輸出。

（2）穿孔測(cè)試

我們用兩種激光系統(tǒng)分別采用各種激光和工作參數(shù)來(lái)進(jìn)行鉆孔測(cè)試（見(jiàn)表4）。并通過(guò)這些參數(shù)來(lái)比較兩種激光系統(tǒng)分別在航空鎳基合金上鉆孔的表現(xiàn)。

4 穿孔測(cè)試參數(shù)

（3）結(jié)果與討論

由于零件的設(shè)計(jì)者首先考慮的是充分的氣流量通過(guò)冷卻孔來(lái)達(dá)到合適的冷卻作用，而氣流大小主要由零件表面的孔的大小和形狀來(lái)決定，所以要嚴(yán)格控制孔的尺寸、圓度和錐度。還有其他的一些因素要考慮，因?yàn)榭缀涂字g位置相對(duì)來(lái)說(shuō)比較接近，所以任何孔的尺寸的偏差都有可能影響到該區(qū)域上的其他孔，從而導(dǎo)致零件的局部偏差。除了重鑄層和熱機(jī)影響區(qū)外，錐度過(guò)大和表面凸槽是不允許的。

圖5 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#不同脈沖寬度時(shí)的鉆孔時(shí)間 (與表面成20角，JK300D，O2 輔助)

圖6 不同脈沖寬度時(shí)的鉆孔時(shí)間 (與表面成10角，300μm光斑，O2 輔助)

圖7 不同脈沖寬度時(shí)的鉆孔時(shí)間 (與表面成20角，JK704LD1，O2 輔助)