[发明专利]一种激光诱导冲击波辅助激光打孔装置

说明书

技术领域

   本发明涉及激光加工技术领域，特指一种利用激光诱导冲击波来辅助激光打孔的装置。

技术背景

激光打孔技术是激光在材料加工领域最早的应用技术之一。在激光打孔过程中，高能量的脉冲激光聚焦在工件表面，使材料加热、熔化甚至汽化，随后金属蒸气急剧膨胀的反冲压力和高压辅助气体压力共同作用下，熔融材料被挤出孔外，后续的脉冲激光持续上述过程，材料不断地去除直至形成盲孔或者通孔。

激光打孔与其他打孔方法相比具有打孔深径比大、无接触、无工具损耗、加工速度快、表面变形小、可以加工各种材料等显著优越性，能良好地满足现代工业产品加工的要求，广泛应用于航空航天、电子仪表及医疗器械等高精尖端产品的关键零部件中，如激光加工技术应用于加工航空发动机上高达10⁴个冷却孔。

但是，现有的脉冲激光打孔技术存在以下几个技术难点：

1.存在打孔极限深度，即改变激光打孔参数：激光功率、激光频率、激光脉

宽、光斑大小、离焦量、打孔时间、辅助气体等，打孔最大深度不超过某一极限值，限制了激光打孔技术向深孔的发展。出现极限深度的原因是，高压辅助气体在深孔中压力损耗过大，到达孔底的气压不足以破坏液体表面张力，同时，孔深越大，压力越难将熔融材料从孔底挤压出到孔外，导致孔不再向深度方向发展。孔底高温的熔融材料一旦难以排出孔外，会使周边的材料熔化，使孔底的孔径变大，孔径不规则，产生鼓形的畸形孔。

2.孔壁上附着一定厚度的重铸层，会引发孔内微裂纹的产生，重铸层厚度越

大，微裂纹的萌生率越高。出现该现象的原因是，孔底熔融材料是贴着孔壁表面向孔外喷射的，当蒸气反作用力和辅助气体压力不足或者熔融材料聚集过多时，压力不足以将孔壁上熔融材料推出孔外，而留在孔壁凝固下来，形成重铸层。尤其在深孔加工中，熔融材料由于外界压力不足会在孔壁上积存过多，形成较厚的重铸层，由于重铸层结构较疏松，是微裂纹产生的源头。

发明内容

     本发明的目的在于提供一种激光诱导冲击波辅助激光打孔装置，以提高激光打孔的深度极限，减少重铸层的厚度，降低微裂纹萌生率，并提高激光打孔效率。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种激光诱导冲击波辅助激光打孔装置，其特征在于包括工件装夹装置、激光打孔装置、激光诱导冲击波装置和控制系统装置，激光打孔装置和激光诱导冲击波装置由上至下分别安装在工件装夹装置上，控制系统装置通过电缆(29)分别与激光打孔装置和激光诱导冲击波装置相连；

    所述工件装夹装置包括底座(21)、机架(6)、夹具(10)；机架(6)固定在底座(21)上，机架(6)中部位置上安装有夹具(10)，涂覆有吸收层(9)的工件(8)装夹在夹具(10)上；

所述激光打孔装置包括高能脉冲激光器A(1)、光路系统、激光头A(3)、三坐标位移装置A(5)、辅助气体管(7)和气罐(11)；三坐标位移装置A(5)安装在机架(6)最上部，激光头A(3)固定在三坐标位移装置A(5)上并且通过光路系统与高能脉冲激光器A(1)相连，激光头A(3)所设有的辅助气体通道通过辅助气体管(7)与气罐(11)相连；

所述激光诱导冲击波装置包括高能脉冲激光器B(26)、光路系统、激光头B(24)、压缩空气喷嘴(23)、三坐标位移装置C(22)、回水管(20)、水箱(19)、液压泵(18)、进水管(17)、压缩空气管(16)、气压发生装置(15)、三坐标位移装置B(14)和水喷嘴(13)；所述三坐标位移装置C(22)安装在机架(6)下部位置，激光头B(24)固定在三坐标位移装置C(22)上并通过光路系统与高能脉冲激光器B(26)相连，激光头B(24)上还固定有压缩空气喷嘴(23)，压缩空气喷嘴(23)的喷口处于激光头B(24)的侧上方，并且喷口的出气方向与激光头B(24)的轴线方向垂直，压缩空气喷嘴(23)通过压缩空气管(16)与气压发生装置(15)相连 ，三坐标位移装置B(14)安装在机架(6)中部并且处于夹具(10)和三坐标位移装置C(22)中间，水喷嘴(13)固定在三坐标位移装置B(14)上并且通过进水管(17)、液压泵(18)与水箱(19)相连，机架(6)底部还设有回水管(20)，回水管(20)的另一端通向水箱(19)；