[发明专利]一种无锥度激光切割方法

说明书

本发明涉及一种无锥度激光切割方法，主要解决激光加工过程中产生的锥度问题。该方法包括：1)沿切缝高度方向将切缝分为K段；2)将第一段切缝沿高度方向分为P层，激光从第一层至最后一层依次扫描；被切割材料的切缝切割面分别为A面和B面,每一层的激光扫描从A面开始，直至扫完本层的左填充面，然后从B面再次开始，直至扫完本层的右填充面；每一层的左填充面以A面为基准，向B面延伸，每一层的右填充面以B面为基准，向A面延伸；第一层至最后一层的左填充面尺寸依次减小，第一层至最后一层的右填充面尺寸依次减小；3)激光进给，参照步骤2)，对第二段切缝进行切割，直至K段切缝切割完成。

技术领域

本发明涉及一种超快激光加工工艺，具体涉及一种无锥度激光切割方法。

背景技术

气凝胶材料主要用于航空、航天等承受高温的服役环境中，其在使用过程中的隔热性与结构完整性往往直接影响整个系统的使用寿命，所以在气凝胶材料的加工制备方面也具有相当严格的技术要求。

气凝胶材料的传统加工方式为机械加工、高压水射流加工和长脉冲激光加工等。但此类加工方式容易在气凝胶材料表面产生毛刺、分层、撕裂、崩边、热熔等损伤，同时对于尺寸要求较高的结构件，采用上述方法切割后往往存在很严重的锥度问题，难以满足其在航空、航天结构中的要求。同样，其他对损伤、尺寸要求较高的热结构材料在切割过程中也面临损伤及锥度问题。

超快激光具有峰值功率极高、脉冲极短的特点，材料去除过程以“冷加工”的方式进行而非热熔性。因此，超快激光应用在气凝胶材料切割中，可以实现断面无微裂纹、无重熔层及无热影响区等，且材料断面具有较好的表面平整度。但是由于高斯光束的聚焦特性，应用超快激光切割往往在切缝两侧的材料上形成一定的锥度，且该锥度随着厚度的增加而增大，对于厚度较大的材料，光束下降到一定程度时会出现挡光现象，进一步增大锥度，甚至无法继续加工，后期采用光束修正仍然无法彻底解决由光束本身所导致的锥度问题。

因此，形成锥度的主要原因有：一是因为聚焦光束随着深度下降出现挡光所致；二是因为随着深度增加，光束离焦现象明显，边缘能量输入少，激光去除能量下降。

发明内容

本发明的目的是主要解决激光加工过程中产生的锥度问题，提供一种无锥度激光切割方法。

本发明的技术方案是：

一种无锥度激光切割方法，包括以下步骤：

1)沿切缝高度方向将切缝分为K段，K≥1；

2)对第一段切缝进行激光切割；

将第一段切缝沿高度方向分为P层，P≥1，激光从第一层至最后一层依次扫描，且相邻两层的填充线扫描角度错开设置；

被切割材料的切缝切割面分别为A面和B面，每一层的激光扫描从A面开始，直至扫完本层的左填充面，然后从B面再次开始，直至扫完本层的右填充面；每一层的左填充面以A面为基准，向B面延伸，每一层的右填充面以B面为基准，向A面延伸；第一层至最后一层的左填充面尺寸依次减小，第一层至最后一层的右填充面尺寸依次减小；

3)激光进给，参照步骤2)，对第二段切缝进行切割，以此类推，直至K段切缝切割完成。

进一步地，步骤2)中，每一层的激光扫描采用弓形线扫描。

进一步地，步骤2)中，每一层的左填充面和右填充面均为矩形面，第一层至最后一层的左填充面、右填充面的长度不变，宽度逐层依次递减。

进一步地，步骤2)中，相邻两层的填充线扫描角度错开设置具体如下：第i层与第i+1层的错开角度为90°，第i+1层与第i+2层的错开角度为30°；第i+2层与第i+3层的错开角度为90°，第i+3层与第i+4层的错开角度为30°；以此类推，直至P层扫描完毕；其中i为大于等于1，且小于P的整数。