[发明专利]一种激光钻孔方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光加工领域，特指一种在激光钻孔过程中利用高速流体辅助钻孔的方法。

背景技术

激光打孔是最早达到实用化的激光加工技术,也是激光加工的主要应用领域之一。随着近代工业和科学技术的迅速发展,使用硬度大、熔点高的材料越来越多,而传统的加工方法已不能满足某些工艺要求。例如，在高熔点金属钼板上加工微米量级孔径；在硬质碳化钨上加工几十微米的小孔；在红、蓝宝石上加工几百微米的深孔以及金刚石拉丝模具、化学纤维的喷丝头等。这一类的加工任务用常规机械加工方法很困难，有时甚至是不可能的，而用激光打孔则不难实现。激光束在空间和时间上高度集中，利用透镜聚焦，可以将光斑直径缩小到微米级从而获得105-1015W/cm2的激光功率密度。如此高的功率密度几乎可以在任何材料实行激光打孔，而且与其它方法如机械钻孔、电火花加工等常规打孔手段相比,具有以下显著的优点:1）激光打孔速度快,效率高,经济效益好。由于激光打孔是利用功率密度为l07-109W/cm2的高能激光束对材料进行瞬时作用,作用时间只有10－3-10－5s,因此激光打孔速度非常快。将高效能激光器与高精度的机床及控制系统配合,通过微处理机进行程序控制,可以实现高效率打孔。在不同的工件上激光打孔与电火花打孔及机械钻孔相比,效率提高l0-1000倍。

但是现有的激光钻孔方法具有以下缺点：1.在利用激光钻大直径的孔时熔渣难以排出；2.加工后孔表面熔融溅射物很多影响孔的质量；3.使用长脉冲激光钻孔时钻孔质量不佳，且不易钻通，必须缩短激光脉冲增加了控制成本。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种激光钻孔的方法；该激光钻孔的方法提高了钻孔速率、提高了孔的加工质量并降低了控制成本。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种激光钻孔方法，包括以下步骤：

（1）用增压装置将高压气体或液体喷射至将要钻孔的工件表面并在工件表面形成一层高速流体层，所述高速流体层的流体流向平行于工件表面；

（2）启动激光器发出激光光束在工件表面进行钻孔。

激光作用于工件表面时，首先使得一部分材料蒸发形成一个微小的孔，接着激光进一步融化材料加大孔的深度，这时孔内有多种复杂成分，其中主要的成分为：熔融的工件材料（呈液态），蒸发的工件材料蒸汽（呈气态），激光与材料蒸汽作用形成的等离子体（电子激发态）。等离子体首先迅速膨胀并喷出孔外，在孔口附近形成等离子体云覆盖在孔口，接着在激光的作用下，孔内熔融材料、材料蒸汽及等离子体继续增多，在等离子体的覆盖下这些成分在激光的热作用下急剧膨胀，并发生爆炸，这些成分最终混合在一起喷射出孔外。这种爆炸会对孔的质量造成不利影响，如在空内壁产生拉应力，形成裂纹等，且等离子体对激光有屏蔽作用，减小了照射到孔内的激光能量，使得激光能量不能完全利用。

采用本发明所述激光钻孔方法钻孔时，工件的表面有高速流体层，首先产生的蒸发材料会被迅速带走，增加了材料的蒸发速率，当孔形成时由于孔表面的流体速度很高且远远大于孔内的气体流速，使得孔内的压力大于孔外压力，这样孔内外形成压力差，使得孔内高压的等离子体、材料蒸汽和熔融材料快速膨胀并迅速排出孔外，这些排出孔外的成分又很快的被高速流体层带走使其难以在孔口形成屏蔽层，这样减小了等离子体、材料蒸汽及熔融材料对后续激光的屏蔽作用，从而提高激光能量的利用率同时也提高了钻孔的效率。

综上，本发明具有如下有益效果：

1.高速流体层覆盖于工件表面有利于将孔内的熔渣排出，提高了钻孔速率。

2.高速流体带走一部分激光产生的热量，减小了激光加工的热影响区。

3.减少了孔口表面溅射物，提高孔的加工质量。

4.减小了孔内激光诱导爆炸的强度，延长了孔的寿命。

5.高速流体层使得长脉冲激光也可以进行钻孔作业，降低了控制成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明所述激光钻孔方法示意图；

1、增压装置；2、工件；3、喷射头；4、激光钻头；5、激光光束；6、高速流体层；

具体实施方式

以下实施例用来说明本发明，但不是限制本发明。下面结合附图详细说明本发明提出的方法的细节。

本发明提供了一种激光钻孔方法，如图1所示，将喷射头3以一定角度固定在工件2上方；激光钻头4对准工件2上需要钻孔的位置，喷射头3应与激光钻头4保持一定距离且喷射头3的喷出的气流或液体不应正对钻孔位置；打开增压装置1，喷射头3喷出气体或液体在工件2表面形成高速流体层6，高速流体层6的流体流向平行于工件表面；之后启动激光器发出激光光束5在工件2表面进行钻孔。