[发明专利]一种激光辅助加热长脉冲激光打孔装置及其方法

说明书

本发明公开了一种激光辅助加热长脉冲激光打孔装置及其方法，包括长脉冲激光器、第一扩束器、CCD相机、反射平面镜、透射/反射平面镜、凸透镜、第二扩束器、连续激光器、长脉冲激光控制器、连续激光控制器、工件、夹具、可移动工作台、工作台控制器和计算机；采用激光辅助加热长脉冲激光打孔装置的打孔方法，其主要原理是在长脉冲激光器对工件加工之前，加工过程中以及加工之后的一段时间，采用连续激光器对工件上表面要加工区域进行加热，即在激光打孔过程起到预热和缓冷的作用。本发明有效的缓解了目前长脉冲激光打孔后孔壁上易出现微裂纹的现象，使工件具有更高的加工质量。

技术领域

本发明属于激光打孔领域，特别是涉及一种激光辅助加热长脉冲激光打孔装置及其方法。

背景技术

长脉冲激光打孔技术是指利用长脉冲激光束照射工件表面，因为聚焦后的激光束能量密度极高，在焦点位置的温度会瞬间达到数千摄氏度，工件材料在这种高温的作用下会被迅速的熔化、汽化，这时汽化的金属会带着熔融的金属喷射而出从而形成了孔。

长脉冲激光打孔技术是一种新型特种加工技术，具有打孔速度快、经济效益高、加工材料范围广、无污染等优点，尤其在航天航空工业的激光群孔加工中具有明显的优势。

但是材料在长脉冲激光打孔过程中会经历高温烧融和冷却凝结的复杂过程，尤其是在长脉冲激光作用时急剧升温，在长脉冲激光作用后又急剧冷却，使得所加工的小孔质量差，甚至孔壁上会出现很多微裂纹，这对于零件的质量是极为不利的，同时也限制了长脉冲激光打孔在工业中的广泛应用。专利号为CN103769754B的中国专利《基于温升调控的靶丸微孔激光加工方法与装置》提出了一套应用于靶丸微孔激光加工的系统，其将靶丸放置在具有加热功能的吸盘上，利用紫外激光，超脉冲激光或飞秒激光与靶丸作用进行打孔。但是该专利提出的方法和装置仅适用于紫外激光，超短脉冲激光或飞秒激光，并不适应于长脉冲激光，而且该具有吸热功能的吸盘不能够实现局部加热。专利申请号为201310683935.X的中国专利《激光切割预处理装置、激光切割装置及激光切割方法》提出了一套应用于激光切割的系统，其通过激光切割预处理装置对待切割工件进行局部加热预处理，以消除待切割工件内部的内应力。但是该专利提出的方法和装置仅适用于消除激光切割产生的内应力，没有对加工过程及加工后的冷却过程进行控制，且需要从背面将材料加热至固液混合相区，因此并不适应于长脉冲激光打孔，更不能够消除激光打孔产生的微裂纹。

发明内容

本发明为了解决目前长脉冲激光打孔质量低和容易出现微裂纹的问题，提供一种激光辅助加热长脉冲激光打孔装置及其方法。

本发明的技术方案是：一种激光辅助加热长脉冲激光打孔装置，包括长脉冲激光器、第一扩束器、CCD相机、反射平面镜、透射/反射平面镜、凸透镜、第二扩束器、连续激光器、长脉冲激光控制器、连续激光控制器、工件、夹具、可移动工作台、工作台控制器和计算机；

所述CCD相机位于最上方、且与计算机电连接，CCD相机正下方依次放置反射平面镜、透射/反射平面镜、凸透镜和工件；所述工件固定在夹具上，所述夹具的底部固定在可移动工作台上；

所述长脉冲激光器、第一扩束器和反射平面镜依次位于同一光路上；所述长脉冲激光控制器的一端与长脉冲激光器电连接，另一端与计算机电连接；

所述连续激光器、第二扩束器和透射/反射平面镜依次位于另一光路上；所述连续激光控制器的一端与连续激光器电连接，另一端与计算机电连接；

所述工作台控制器的一端与可移动工作台电连接，另一端与计算机电连接。

上述方案中，所述反射平面镜与水平方向呈45度角；所述长脉冲激光器发射的激光依次通过第一扩束器和反射平面镜照在透射/反射平面镜上。