[发明专利]一种减少激光打孔表面飞溅物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及到激光加工技术，是一种在金属表面涂镀一层有机物，减少激光打孔表面飞 溅物的方法。

背景技术

随着航空、电子、仪器仪表、精密机械、自动控制及医疗器械等科学技术和工业生产的 发展，微小深孔的应用日趋广泛。在现代工业产品不断向轻、薄、小的方向发展的过程中， 其组成零件也越来越趋于小型化和精密化，对微小深孔加工精度要求也越来越高，对微小深 孔加工技术也提出了更高的要求。然而采用传统的机械加工方式加工微小孔已经不能满足工 艺要求,例如在高熔点的金属钼板上加工微米量级的微孔,在坚硬的碳化钨合金上加工直径 为几十微米的小孔等，用常规的机械加工方法是不可能的,而采用激光打孔技术则不难实现。 激光打孔技术主要是借助于高能量密度的激光束直接作用于被加工材料表面,使材料熔化、 气化,从而去除材料实现打孔。激光打孔是最早实用化的激光加工技术,正成为工业生产中最 有效的微孔加工方法之一，成为改造传统加工的一种有效手段。激光打孔技术具有精度高、 通用性强、效率高、成本低及综合技术经济效益显著等优势,已成为现代制造领域的关键技 术之一。目前激光打孔已用于火箭发动机和柴油机的燃料喷嘴、宝石轴承、金刚石拉丝模、 化纤喷丝头等微小孔的加工中。

虽然激光打孔有很多优点，但是也存在着很多的问题。如对于毫秒激光来说，普遍存在 孔周围熔融飞溅物堆积、孔径大小难以控制，重复率低、锥度大，液态金属粘附在孔壁形成 再铸层。激光与工件能量传递的过程中存在热应力，会引起裂纹的产生。当使用氧气作为辅 助气体时，在富氧环境下，孔周围表面飞溅堆积的熔融物和表面热影响区会出现较严重的氧 化现象，严重损害了加工面的完整性，降低了打孔质量。这些不足制约了激光打孔技术的深 入应用。

当前学者大多通过优化激光参数的方法来改善激光打孔飞溅物的堆积，进而提高工件表 面质量，而本发明采用激光打孔前在试样表面上涂镀有机物涂层的方法，来改善激光打孔周 围的表面质量，减少熔融飞溅物的产生和堆积，减轻表面热影响区的氧化，从而避免对加工 表面的不必要损害，这在当前的研究中未见报道。这种方法不需要复杂繁琐的前处理和后处 理，操作简单，所用材料廉价易得，具有较好的经济效益。更重要的是对加工面的保护作用 非常明显可靠，孔周围熔融物堆积和表面热影响区的氧化现象明显减少。

发明内容

本发明的目的是提供一种减小毫秒脉冲激光所打微孔周围表面飞溅物的简单方法，通过 在金属试样上做有机涂层，有效改善毫秒脉冲激光打孔后的工件的表面质量。在试样表面做 的涂层具有易于去除、对工件表面保护效果好、不改变工件表面结构等优点。本发明提供的 方法，即是对激光打孔的深入研究，同时也提供了一种改善激光打孔质量的新思路。本发明 适用于包括不锈钢，高温合金在内的各种碳钢、合金钢。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种减少激光打孔表面飞溅物的方法，包括如下步骤：

步骤1、首先对试样进行抛光，然后将试样进行超声清洗，干燥备用；

步骤2、将有机涂层均匀涂于试样上表面，有机涂层为石蜡和硬脂酸混合物；

步骤3、用毫秒脉冲Nd:YAG激光(LASAGFLS352A,DMG,German)对处理好的试样进 行激光打孔；

步骤4、去除表面有机物涂层，观察效果。

步骤1中，所述的试样为不锈钢或高温合金。

步骤1中，对试样抛光的方法为利用280#，320#、400#、500#、600#，800#，1000#和 1200#氧化铝砂纸对试样进行逐级打磨并抛光；对试样超声清洗的方法为依次放入丙酮、酒精、 去离子水中进行超声清洗。

步骤2中，所述的有机涂层中石蜡和硬脂酸的质量比为10:1～10:4。

步骤2中，所述的有机涂层的厚度为0.2～0.5mm。

步骤3中，激光打孔的参数为：能量E＝120～60W，频率f＝30Hz。

步骤3中，激光打孔的参数为：能量E＝90W，频率f＝10～100Hz。

各组分的机理和作用