线偏振CO2激光对非金属材料切缝的影响

为了研究线偏振CO2激光对高吸收率非金属材料的影响,采用线偏振CO2激光沿着不同的方向切割模切板,研究不同激光功率、切割速度、切割方向、辅助气体对切缝宽度的影响,同时对比线偏振激光切割低碳钢.试验结果表明,改变激光功率和切割速度对模切板进行切割,上、下切缝沿不同方向之间的宽度相差不大,即偏振性对高吸收率非金属材料模切板的切缝影响不大,但是对金属材料影响很大.辅助气体N2和空气对上下切缝的影响不大,从经济角度应优先选择空气;为了得到上下均匀一致的切缝,同一激光功率下,切割速度应小些,而同一切割速度下,激光功率应大些.     

中低功率双CO_2激光切割机的开发与应用

研究了大功率单CO2激光切割机和小功率双CO2激光切割机的切割原理,分析了在用这两种形式的激光切割机切割非金属材料木质模切板时,激光功率、切割速度与切割深度、切割的缝形缝宽之间的关系。试验结果表明,用中小功率双CO2激光切割机切割非金属木质板材,无论是设备的制造成本、运行成本,还是切割的精度和缝形缝宽,同用大功率单CO2激光头切割机相比有很多优势。     

聚晶金刚石复合片激光切割工艺研究

聚晶金刚石(PCD)复合片因其硬度高、耐磨性好等性能在刀具行业应用广泛,为了探究PCD复合片的激光切割工艺特性,获取最优的切割质量和加工效率,减少磨削余量,采用Nd∶YAG激光器对1.6 mm厚PCD复合片进行切割工艺试验。利用数字显微镜和光学轮廓仪对材料切割表面及断面进行观测分析,系统研究了激光功率、切割速度、脉冲频率及离焦量等工艺参数对切割质量的影响。通过正交试验的直观分析与方差分析对工艺参数进行分析与优化设计,同时探究不同参数下激光能量对材料的作用机理。结果表明:材料表面能量密度的大小决定着激光切割质量,选用激光功率80 W,切割速度80 mm/min,脉冲频率60 Hz,零离焦量的切割参数,获得了切缝宽度为173.10 μm,切缝单边锥度为5.90°,表面粗糙度Ra=0.65 μm 的优良PCD复合片激光切割质量。     

精密齿轮光纤激光切割工艺研究

利用光纤激光精密加工系统进行了不锈钢齿轮的切割实验。研究了激光光斑直径及离焦量、切割速度、激光功率等工艺参数对齿轮切缝宽度及加工质量的影响。通过优化工艺参数,在0.4mm厚的不锈钢薄板上切割出了精密齿轮。     

响应面分析法优化低碳钢薄板激光切割工艺参数

为了研究光纤激光加工工艺对Q235低碳钢薄板切割质量的影响，采用500 W光纤激光切割机对0.7 mm厚低碳钢板切割质量影响规律进行了研究。采用中心复合设计(Central Composite Design, CCD)进行实验设计，使用超景深显微镜对切割试样的切缝宽度和挂渣高度进行测量。实验结果表明：切缝宽度的大小主要由激光功率、切割速度、辅助气压力和离焦量决定；挂渣高度的大小主要决定于激光功率、切割速度、离焦量和辅助气压力。建立评价切缝宽度和挂渣高度与工艺参数之间的回归模型，并对模型进行目标优化。结果表明，工艺参数组合为激光功率450 W,切割速度9 m/min,离焦量0 mm,辅助气压力0.564 MPa时可获得最优的切割质量。     

激光精密切割不锈钢模板割缝质量控制

采用Nd∶YAG激光对 0 2mm厚的不锈钢模板精密切割 ,系统研究了激光切割工艺参数对缝壁表面粗糙度、缝壁表面残留物的影响规律 ,结果表明 :提高重复频率、功率密度、脉冲宽度以及降低扫描速度 ,均可改善切缝质量。导出了描述脉冲激光切割切缝表面粗糙度的公式 ,利用该公式可以较好地解释本文的实验结果。最后 ,提出了控制激光精密切割切缝缝壁质量的方法。     

曲率半径和切速对小管径激光切缝宽度的影响

研究了曲率半径(管径)和切割速度对薄壁小管径(外径D<80mm,壁厚t=2.5mm)无缝钢管激光圆周切缝宽度的影响,发现:(1)随着激光切割圆周角度(弧长)的增加,切缝宽度增加;(2)在相同激光工艺参数条件下,随着曲率半径(管径)的减小,圆周平均切缝宽度增加,且当D< 25mm时,圆周平均切缝宽度急剧增加;(3)随着切割速度的增加,圆周平均切缝宽度减少.曲率效应和激光作用时间不同是造成上述现象的主要原因.最后提出,为了获得均匀宽度的圆周切缝,对于薄壁小管径无缝钢管激光切缝,应采取变工艺参数的措施.     

曲率半径和切速对小管径激光切缝宽度的影响

研究了曲率半径(管径)和切割速度对薄壁小管径(外径D80mm,壁厚t=2.5mm)无缝钢管激光圆周切缝宽度的影响,发现:(1)随着激光切割圆周角度(弧长)的增加,切缝宽度增加;(2)在相同激光工艺参数条件下,随着曲率半径(管径)的减小,圆周平均切缝宽度增加,且当D< 25mm时,圆周平均切缝宽度急剧增加;(3)随着切割速度的增加,圆周平均切缝宽度减少.曲率效应和激光作用时间不同是造成上述现象的主要原因.最后提出,为了获得均匀宽度的圆周切缝,对于薄壁小管径无缝钢管激光切缝,应采取变工艺参数的措施.     

光纤激光切割碳钢的工艺研究

采用2kw光纤激光器对16mm以下Q235-A碳钢进行切割,以3mm及10mm为例进行工艺分析.在工艺优化后,对各样件进行分析.分析了焦点距离、激光功率、离焦量、气压各参数对切缝形貌,粗糙度、条纹的影响.结果表明,与传统的激光器不同,光纤激光切割3mm的碳钢一般为正离焦,切割10mm碳钢一般选择负离焦.切割薄板时,为了提高速度,一般选择高功率、高气压切割.切割厚板时,确保切面质量,一般选择高功率、低气压.     

水射流导引激光在微细加工中的应用

研究应用水射流导引激光技术切割加工半导体材料工艺,并与传统切割工艺进行了比较.用φ25μm的水射流和波长为1064 nm的钇铝石榴石红外线激光源切割一个夺125μm的砷化镓晶片,典型的切割速度是40 mm/s,切口宽度23μm,切边无碎片和边角损坏.与锯片切割相比,其加工速度高达5倍.实验发现,水射流导引激光切割工件温度在160℃以下,晶圆加工表面基本无碎片、毛刺产生.通过对晶圆切片的3点弯曲进行试验发现,对于125μm厚的硅晶圆而言,在同等切痕宽度的情形下,微水射流导引激光切片断裂强度比锯片切片在正反两面都要高50%左右.结果表明,水射流导引激光切割技术可以大幅提高晶圆加工的效率、质量和可靠性.     

激光精密切割不锈钢薄板的工艺研究

采用Nd∶YAG脉冲激光器对不锈钢进行了精密切割。系统研究了工艺参数对切缝宽度和切缝质量的影响规律。结果表明,缝宽随激光功率密度、频率以及脉宽的增加而加大;提高激光输出重复频率,不仅有利于提高加工质量,而且可以增大切割速度,提高加工效率。在此基础上,导出了光斑重叠度和极限切割速度的计算公式,利用此公式估算的脉冲激光切割的极限速度与实验结果符合很好     

光束偏振性对切割质量影响的研究

针对光束偏振态对切割质量的影响进行了实验探究。实验中,分别采用线偏振CO2激光和圆偏振CO2激光对6 mm低碳钢板进行切割,结果表明,使用线偏振光切割时,光束在不同切割方向上产生的切缝宽度不同,挂渣程度也不一样。而采用圆偏振光切割时,切缝宽度一致性良好,且无明显挂渣现象。从光能的吸收和反射两个方面解释了产生这种现象的原因。给出了在激光切割时,为了获得良好的切割效果应采取的措施。     

0.125mm厚不锈钢薄板光纤激光精密切割实验研究

利用光纤激光器对0.125mm厚的不锈钢薄板进行了精密切割实验.实验结果表明:激光切割质量主要与焦点位置、激光输出功率、激光切割速度、重复频率、脉冲宽度、辅助气体种类等因素有关;切缝宽度随激光功率、重复频率及脉冲宽度的增加而增加;缝面粗糙度随激光输出功率、重复频率及脉冲宽度的增加而减少;相比氧气,氮气作为辅助气体时,可获得更窄的切缝以及更光滑的缝面;在实验基础上,获得了缝宽窄、光滑、热影响区小的切缝.     

光纤激光切割铝合金薄板工艺特性研究

为了探究光纤激光切割铝合金的工艺特性,开展了光纤激光切割2mm厚度AA6061铝合金工艺实验,系统研究了激光功率、切割速度、辅助气压等工艺参数对切割质量的影响规律。在优化工艺参数条件下可以获得根部挂渣小于0.1mm、切面粗糙度小于3μm,且拼合后无肉眼可见间隙的切缝。当激光功率为3.0kW时,光纤激光获得优质切缝的切割速度可达9m/min。结果表明,增大激光功率至3.0kW,提高切割速度至6m/min,升高喷嘴间距至0.5mm或增加辅助气压至1.1MPa后,挂渣量降至0.1mm以下,最小为20μm。当切缝表面粗糙度通常约为3μm,可得到的最小热影响区宽度为10μm。最后,基于线性回归法建立的数学模型,模型预测值和实测值吻合良好。     

双束CO2激光切割玻璃的实验研究

为了寻求更加有效的激光切割玻璃的方法,提高玻璃的切割质量,在激光热应力切割玻璃的基本原理的基础上,比较了单束聚焦CO2激光与单束非聚焦CO2激光切割玻璃的优劣,提出了双束CO2激光热应力切割的方法.先用一束低功率聚焦的CO2激光在玻璃表面划线.而后用非聚焦的CO2激光沿着该划线进行扫描,在热应力的作用下使玻璃沿着该划线分离,从而实现玻璃的切割.实验分析了单束和双束CO2激光热应力切割玻璃的切割效果.结果表明,相对于单束CO2激光切割的方法,利用双束CO2激光进行玻璃的切割,既可以保证切缝沿既定方向扩展又可以提高切面的光洁度,是一种比较理想的玻璃切割方法.     

激光切割锂电池负极极片复合材料的数值模拟

为了探究负极极片复合材料的切割性质, 采用有限元模型, 对激光切割锂离子电池负极极片复合材料温度场进行数值模拟计算。由温度场分布取得了负极切缝宽度与切缝深度的尺寸大小, 从中研究激光功率、切割速率和光斑半径对负极表层材料切缝宽度与切缝深度的影响。结果表明, 负极表层切缝宽度随激光功率和光斑半径的增加而增大, 随切割速率增大而减小; 切缝深度随激光功率增加而增大, 随切割速率和光斑半径增大而减小。切割至中间铜箔后, 切缝深度变化速率趋缓, 负极材料的复合结构对切缝深度存在明显影响; 在功率为170W、光斑半径为47μm、切割速率变化至600mm/s左右时, 效果最为明显, 切割深度在该参量下达到60μm, 且突破这一阈值后增长速率得到明显提升直至极片完全切断。这一结果可为激光应用于锂离子电池极片复合材料切割提供参考。     

长脉宽激光切割聚晶立方氮化硼工艺研究

为了获得聚晶立方氮化硼（PCBN）最优的激光切割质量和切割效率,依据烧蚀直径和入射激光脉冲能量的函数关系,得出PCBN烧蚀阈值为1.796J/cm2。采用Nd:YAG激光器对型号为BN250的PCBN进行切割试验,分析了切割速率、激光功率以及脉冲频率对切割质量的影响规律。通过切缝的显微观测对比,总结出不同激光工艺参量下PCBN缝宽的变化趋势。结果表明,对于脉宽为100μs的激光,当激光功率为28W、脉冲频率为60Hz、切割速率为20mm/min时,能够获得PCBN激光切割的最优切缝和较高的切割效率。该工艺方法和数据的建立,对今后PCBN或其它超硬材料的激光加工有着重要参考价值。     

光纤激光切割中厚铝合金板工艺特性研究

为了探究中厚板铝合金光纤激光切割工艺特性,开展了光纤激光切割8mm厚AA2219铝合金工艺实验,系统研究了激光功率、切割速度、离焦量和辅助气压等工艺参数对切缝质量的影响。以根部挂渣高度和切缝下部分倾斜条纹区域所占板厚比例来表征切缝质量。实验结果表明,激光功率和辅助气压是影响切缝质量的最主要的工艺参数,当激光功率增大至5.4kW、辅助气压取值范围增大至1100～1500kPa时,切缝挂渣量最少。最后,为了进一步提高中厚度铝合金激光切割质量,根据空气动力学原理,利用流体力学模拟设计并制作了简易Laval喷嘴,采用该喷嘴进行实验发现,切缝表面倾斜条纹区域范围从0.5降至0.14,而挂渣高度变化较小。     

中厚钢板小圆孔的高功率CO2激光切割工艺研究

为解决高功率CO2激光切割广泛用于面板、模板制作的中厚钢板小圆孔时存在的切割质量差的问题,采用Rofin DC025板条CO2激光切割系统,对6mm厚的A3钢板进行了Φ5mm小孔的激光切割工艺研究。系统研究了激光功率、切割速度和氧气压力对切割质量的影响,分析了切割前沿温度分布对切割质量的决定作用。结果表明,当激光功率为1KW、切割速度为1.0m/min、氧气压力为1.2×105Pa时可获得最佳切割效果,解决了中厚钢板小圆孔的高功率CO2激光切割时存在的切割质量差的问题。     

激光参量对血管支架切缝形貌及粗糙度的影响

为了研究激光加工工艺参量对血管支架切缝形貌以及表面粗糙度的影响，采用不同参量对比分析试验法，开展了心血管支架316L材料光纤激光切割实验，分析了激光脉冲宽度、激光功率和切割速率等不同工艺参量对材料切缝形貌及粗糙度的影响，得出激光切割支架的最佳工艺参量组合。结果表明，不同区域切缝形貌和表面粗糙度存在差异性，其中支架切缝的汽化区厚度主要受脉冲宽度及激光功率影响，当脉冲宽度为35μs时，支架切缝汽化区厚度最大可达到120μm；支架切缝汽化区粗糙度随切割速率增加先减小后增大，当切割速率为6mm/s时，切缝表面粗糙度值最低为650nm。此研究结果为心血管支架光纤加工的研究及后续光整加工奠定了理论基础。