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

　　（3）结果与讨论

　　由于零件的设计者首先考虑的是充分的气流量通过冷却孔来达到合适的冷却作用，而气流大小主要由零件表面的孔的大小和形状来决定，所以要严格控制孔的尺寸、圆度和锥度。还有其他的一些因素要考虑，因为孔和孔之间位置相对来说比较接近，所以任何孔的尺寸的偏差都有可能影响到该区域上的其他孔，从而导致零件的局部偏差。除了重铸层和热机影响区外，锥度过大和表面凸槽是不允许的。

图5 不同脉冲宽度时的钻孔时间 (与表面成20角，JK300D，O2 辅助)

图6 不同脉冲宽度时的钻孔时间 (与表面成10角，300μm光斑，O2 辅助)

图7 不同脉冲宽度时的钻孔时间 (与表面成20角，JK704LD1，O2 辅助)

　　2.钻孔时间

　　两种激光器在2mm厚的材料上加工一个垂直孔的时间均不超过0.5s。图5～8显示了用光纤传输系统在表面加工10和20的孔的时间。可以看出用160mm长焦距和直径300μm的光斑更好的聚焦深度比120mm焦距的光束加工时间要短。同样图表也显示了脉冲宽度和加工时间的相关性。长脉冲宽度和因此的更高脉冲能量的激光打孔要比短脉冲宽度和因此的低脉冲能量的加工速度快。我们用JK704 LD1激光器来演示这个实验，因为他的激光束质量为M2=8要好于JK300D的M2=16，从而使加工时间变得更短。高质量的光束可以达到更长的焦距（200～250mm），同时还能保证快速钻孔的能量密度要求。使用长焦距激光的主要优点在于可以减少加工过程中由于飞溅导致的损伤，从而延长保护镜片的寿命。除此之外，高质量的光束可以提供很好的焦深，从而提供各种工件或运动系统的更大的误差范围。