水輔助激光微細加工技術進展
發(fā)布時間：2021-03-01 00:02
介紹了水輔助激光加工技術的研究現(xiàn)狀,系統(tǒng)總結了水輔助激光加工技術的產(chǎn)生原因以及包含的主要技術內(nèi)容.針對每種水輔助激光加工技術,詳細介紹了國內(nèi)外研究者在理論與實驗方面的主要研究成果,并對不同水輔助激光加工技術之間的技術差異和適用范圍進行了論述.水輔助激光微細加工技術在解決激光加工熱損傷導致的精度損失、效率降低等方面具有明顯的效果,各種形式的水輔助裝置以及組合技術也為類似工程問題解決方案的擬定提供了參考價值.
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學學報. 2020,52(07)北大核心
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
水膜下進行XeCl準分子激光加工的實驗裝置[36]
傳統(tǒng)激光加工是通過熱效應以及其他作用使材料熔化、汽化或化學分解,實現(xiàn)材料去除. 因為激光加工是非接觸加工,所以不存在刀具磨損問題,且加工過程清潔無污染[6]. 但除超短脈沖激光(脈寬<10 ps)是通過材料的多光子吸收作用在極短時間內(nèi)實現(xiàn)材料去除,基本無熱效應外,其余激光大多表現(xiàn)出明顯的熱效應[7], 使激光加工具有一定的局限性,加工時會產(chǎn)生大范圍的熱影響區(qū),影響加工區(qū)域的應力分布,從而容易產(chǎn)生裂紋[8]. 并且如果不采取額外的措施將熔化的材料帶走,已經(jīng)去除的材料極易重新固結在加工點周圍,形成難以去除的重鑄層[9-11]. 這些重鑄層一方面降低了激光加工的精度,使得加工邊緣不規(guī)則;另一方面會對后續(xù)激光束起到散射和阻擋的作用,從而降低激光燒蝕效率[12-13]. 此外,有些材料例如硅、石英等在激光加工時會由激光誘導產(chǎn)生周期性的表面自組織結構,如圖1所示[14]. 這些結構的主要成因與微氣泡、重鑄微粒以及激光的極化作用等有關,雖然在特定應用背景下已有學者利用這種激光誘導現(xiàn)象實現(xiàn)自組織結構的加工,但對大多數(shù)激光加工情況,這種自組織結構會降低加工表面質(zhì)量.綜上所述,激光加工的熱效應和誘導效應等與材料表面的相互作用帶來了重鑄層、裂紋以及自組織結構等諸多問題,這些問題嚴重影響了激光加工質(zhì)量,導致直接利用激光燒蝕已經(jīng)越來越無法滿足高質(zhì)量微細加工要求. 因此,發(fā)展一種能有效解決上述問題的新型激光加工技術變得極為重要,而水輔助激光加工技術正是這樣一種可以彌補傳統(tǒng)激光加工劣勢的新型復合微細加工技術.
但是,這種厚度較大的水層在激光的作用下會產(chǎn)生氣泡,從而引起激光的散射和折射,并會吸收部分激光能量以及產(chǎn)生白光連續(xù)的現(xiàn)象,嚴重干擾激光加工的穩(wěn)定性,并大幅降低激光的光束質(zhì)量和能量密度[18],直接影響了水下激光加工的穩(wěn)定性和可控性,導致不可預測及不可確定的材料去除過程,從而無法進一步提高激光加工質(zhì)量.保證水輔助激光加工穩(wěn)定性的兩個關鍵要素:1)水層厚度要盡量小,以降低水層對激光光束的干擾程度. 2)水層要具有一定的流動速率以將產(chǎn)生的熱量以及碎屑帶走. 基于此,后續(xù)出現(xiàn)的水輔助激光加工技術都在一定程度上具備了這兩個關鍵要素,很好地解決了激光加工過程中的熱效應及誘導效應等帶來的諸多問題.
【參考文獻】：
期刊論文
[1]新型水導激光水-氣縮流機理分析及初步加工試驗驗證[J]. 張正,張廣義,張文武,于愛兵,郭春海. 應用激光. 2019(02)
[2]激光制備超疏水表面研究進展[J]. 楊煥,曹宇,李峰平,薛偉. 光電工程. 2017(12)
[3]單晶硅水導/水輔助激光切割加工對比研究[J]. 孫冬,王軍華,韓福柱. 應用激光. 2016(06)
[4]表面結構化砂輪磨削加工技術研究進展[J]. 郭兵,金錢余,趙清亮,吳明濤,曾昭奇. 哈爾濱工業(yè)大學學報. 2016(07)
[5]連桿預制裂紋槽激光加工工藝參數(shù)[J]. 楊慎華,張志強,寇淑清. 哈爾濱工業(yè)大學學報. 2009(01)
[6]水導激光微細加工中激光與水束光纖耦合技術[J]. 李靈,楊立軍,王揚,劉備,王哲. 光學精密工程. 2008(09)
[7]激光加工技術應用的發(fā)展及展望[J]. 江海河. 光電子技術與信息. 2001(04)
博士論文
[1]水導激光微細加工技術研究[D]. 李靈.哈爾濱工業(yè)大學 2008
碩士論文
[1]SiCp/Al復合材料的水導激光加工技術研究[D]. 譚淞年.哈爾濱工業(yè)大學 2014
[2]KrF激光微細加工Al2O3陶瓷機理及試驗研究[D]. 祝超.大連理工大學 2010
[3]基于微水導激光加工技術的研究[D]. 劉備.哈爾濱工業(yè)大學 2008
[4]高質(zhì)量激光打孔技術的研究[D]. 辛鳳蘭.北京工業(yè)大學 2006
本文編號：3056647
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學學報. 2020,52(07)北大核心
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
水膜下進行XeCl準分子激光加工的實驗裝置[36]
傳統(tǒng)激光加工是通過熱效應以及其他作用使材料熔化、汽化或化學分解,實現(xiàn)材料去除. 因為激光加工是非接觸加工,所以不存在刀具磨損問題,且加工過程清潔無污染[6]. 但除超短脈沖激光(脈寬<10 ps)是通過材料的多光子吸收作用在極短時間內(nèi)實現(xiàn)材料去除,基本無熱效應外,其余激光大多表現(xiàn)出明顯的熱效應[7], 使激光加工具有一定的局限性,加工時會產(chǎn)生大范圍的熱影響區(qū),影響加工區(qū)域的應力分布,從而容易產(chǎn)生裂紋[8]. 并且如果不采取額外的措施將熔化的材料帶走,已經(jīng)去除的材料極易重新固結在加工點周圍,形成難以去除的重鑄層[9-11]. 這些重鑄層一方面降低了激光加工的精度,使得加工邊緣不規(guī)則;另一方面會對后續(xù)激光束起到散射和阻擋的作用,從而降低激光燒蝕效率[12-13]. 此外,有些材料例如硅、石英等在激光加工時會由激光誘導產(chǎn)生周期性的表面自組織結構,如圖1所示[14]. 這些結構的主要成因與微氣泡、重鑄微粒以及激光的極化作用等有關,雖然在特定應用背景下已有學者利用這種激光誘導現(xiàn)象實現(xiàn)自組織結構的加工,但對大多數(shù)激光加工情況,這種自組織結構會降低加工表面質(zhì)量.綜上所述,激光加工的熱效應和誘導效應等與材料表面的相互作用帶來了重鑄層、裂紋以及自組織結構等諸多問題,這些問題嚴重影響了激光加工質(zhì)量,導致直接利用激光燒蝕已經(jīng)越來越無法滿足高質(zhì)量微細加工要求. 因此,發(fā)展一種能有效解決上述問題的新型激光加工技術變得極為重要,而水輔助激光加工技術正是這樣一種可以彌補傳統(tǒng)激光加工劣勢的新型復合微細加工技術.
但是,這種厚度較大的水層在激光的作用下會產(chǎn)生氣泡,從而引起激光的散射和折射,并會吸收部分激光能量以及產(chǎn)生白光連續(xù)的現(xiàn)象,嚴重干擾激光加工的穩(wěn)定性,并大幅降低激光的光束質(zhì)量和能量密度[18],直接影響了水下激光加工的穩(wěn)定性和可控性,導致不可預測及不可確定的材料去除過程,從而無法進一步提高激光加工質(zhì)量.保證水輔助激光加工穩(wěn)定性的兩個關鍵要素:1)水層厚度要盡量小,以降低水層對激光光束的干擾程度. 2)水層要具有一定的流動速率以將產(chǎn)生的熱量以及碎屑帶走. 基于此,后續(xù)出現(xiàn)的水輔助激光加工技術都在一定程度上具備了這兩個關鍵要素,很好地解決了激光加工過程中的熱效應及誘導效應等帶來的諸多問題.
【參考文獻】：
期刊論文
[1]新型水導激光水-氣縮流機理分析及初步加工試驗驗證[J]. 張正,張廣義,張文武,于愛兵,郭春海. 應用激光. 2019(02)
[2]激光制備超疏水表面研究進展[J]. 楊煥,曹宇,李峰平,薛偉. 光電工程. 2017(12)
[3]單晶硅水導/水輔助激光切割加工對比研究[J]. 孫冬,王軍華,韓福柱. 應用激光. 2016(06)
[4]表面結構化砂輪磨削加工技術研究進展[J]. 郭兵,金錢余,趙清亮,吳明濤,曾昭奇. 哈爾濱工業(yè)大學學報. 2016(07)
[5]連桿預制裂紋槽激光加工工藝參數(shù)[J]. 楊慎華,張志強,寇淑清. 哈爾濱工業(yè)大學學報. 2009(01)
[6]水導激光微細加工中激光與水束光纖耦合技術[J]. 李靈,楊立軍,王揚,劉備,王哲. 光學精密工程. 2008(09)
[7]激光加工技術應用的發(fā)展及展望[J]. 江海河. 光電子技術與信息. 2001(04)
博士論文
[1]水導激光微細加工技術研究[D]. 李靈.哈爾濱工業(yè)大學 2008
碩士論文
[1]SiCp/Al復合材料的水導激光加工技術研究[D]. 譚淞年.哈爾濱工業(yè)大學 2014
[2]KrF激光微細加工Al2O3陶瓷機理及試驗研究[D]. 祝超.大連理工大學 2010
[3]基于微水導激光加工技術的研究[D]. 劉備.哈爾濱工業(yè)大學 2008
[4]高質(zhì)量激光打孔技術的研究[D]. 辛鳳蘭.北京工業(yè)大學 2006
本文編號：3056647
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3056647.html
教材專著
