光纤激光器：航天领域激光钻孔的技术难点及对策

2013-07-27 08:48

　　目前，加工航空零部件的钻孔大都采用直接光束传输系统，但由于许多技术方面的原因，光纤出光系统在激光钻孔方面的应用一直发展缓慢。这其中有两个主要原因：一是光纤损坏阈值相对较低；另一个原因是传输的光束质量，光纤的直径会导致光束质量M的恶化。但当M2 = 25或更好时，使用正确的脉冲参数也能生产出合格的孔。因此，光纤应用系统比光束直接传输系统相比具有一定优势，主要体现在：

　　1.激光束传输系统为CNC机床上的激光传输提供了选择。

　　2.使能量均化带来Top hat的特性，改善了孔的圆度和一致性。

　　3.传输脉冲钻孔技术在高质量穿孔中大大缩短了加工时间，有利于提高生产效率和减少加工成本。

　　脉冲穿孔

　　以下主要讨论使用高峰值功率(可达到20kW)的脉冲Nd:YAG激光器分别在直接光束传输和光纤传输系统中的脉冲穿孔应用。我们选择在镍基合金上用不同的激光和参数进行打孔，从而研究它的重铸层、锥度、氧化层裂缝以及加工时间等参数的范围。

　　1.钻孔测试

　　（1）激光器

表2 JK704 的激光参数

　　试验选用JK704激光器做直接传输光束钻孔。这种激光器可提供很高的峰值功率（见表2）和很好的脉冲稳定性，非常适合加工小径孔（0.25～0.90mm）。激光器的高斯光束质量（见图3）和增强的控制和脉冲整形特性为加工包括具有隔热涂层材料在内的航天材料时提供了更大的灵活性。

图3 JK704 的光束质量