發(fā)布時(shí)間：2019-10-14 08:16

【摘要】：為了獲得納秒激光脈寬對(duì)鋁材的損傷特性,給納秒激光金屬加工的脈寬選擇提供依據(jù),采用面積推算法,利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、表面輪廓儀等儀器,測(cè)試了37種脈寬納秒激光(脈寬10ns~520ns,波長(zhǎng)1064nm)對(duì)鋁材的損傷閾值。研究了脈寬不變時(shí)激光脈沖數(shù)目對(duì)鋁板的損傷規(guī)律,揭示了不同脈寬納秒激光對(duì)鋁板打孔的作用機(jī)理。結(jié)果表明,單脈沖損傷閾值與納秒激光脈寬的平方根成線性關(guān)系。當(dāng)脈沖個(gè)數(shù)增加時(shí),材料的損蝕閾值呈現(xiàn)下降趨勢(shì);鋁板打孔時(shí),納秒激光的脈寬越窄,對(duì)鋁的損傷閾值越低;打孔過(guò)程中蒸發(fā)過(guò)程占主導(dǎo),孔內(nèi)壁燒蝕熔融物越少,孔圓度越好,孔口噴濺物越少,打孔質(zhì)量越高。該結(jié)果可為納秒激光金屬加工的脈寬選擇提供參考。
【圖文】：

第41卷第3期婁德元不同脈寬納秒激光致鋁材損傷特性與打孔機(jī)理Fig.3Ｒelationshipbetweenpulseenergydensitylogarithmanddiametersquarewithdifferentpulsewidthsa—τ=145nsb—τ=100nsc—τ=60nsd—τ=33ns的納秒激光對(duì)鋁板的損傷閾值與脈寬的關(guān)系圖。從圖4可以看到，材料的損傷閾值受脈沖寬度的影響較大，其影響規(guī)律為:脈沖寬度越寬，材料的損傷閾值越大。之前有研究者在熔融石英上做過(guò)脈寬與損傷閾值的相關(guān)研究，研究發(fā)現(xiàn)，單脈沖損傷閾值與脈寬的平方根成正比［12］。這里，作者先將脈寬取平方根，結(jié)合損傷閾值結(jié)果，擬合計(jì)算發(fā)現(xiàn)，單脈沖納秒激光對(duì)鋁的損傷閾值y與脈寬τ的平方根成一定的線性關(guān)系，即:y=2．67+0．59x(x=τ0．5)，而非絕對(duì)的正比關(guān)系。Fig.4Ｒelationshipbetweendamagethresholdsand37pulsewidthsa—pulsewidthb—squarerootofpulsewidth2．2多脈沖的損傷閾值表1為多脈沖損傷閾值實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)參量表。實(shí)驗(yàn)中選擇脈沖寬度為30ns、脈沖數(shù)目分別為1，20，40，80，160，320，500的激光，設(shè)置重復(fù)頻率為150kHz，脈沖數(shù)等于重復(fù)頻率與持續(xù)時(shí)間的乘積，即設(shè)置不同的持續(xù)時(shí)間便得到不同的脈沖數(shù)。設(shè)置不同的功率能量密度、入射燒蝕材料鋁，得到不同脈沖個(gè)數(shù)下的損傷直徑的平方與激光能量密度的關(guān)系曲線。Table1Experimentparametersofmulti-pulsedamagethresholdNo．duration/snumberofpulseslaserfluence/(J·cm－2)11/150128．22，30．27，32．46，，34．47，36．6220/1502028．22，30．27，32．46，34．47，36．6340/1504028．22，30．27，32．46，34．47，36．6480/1508028．22，30．27，32．46，34．47，36．65160/15016028．22，30．27，32．46，34

愿髀隹硭猊蛭⒖椎目啄詒謚厝鄄愫?度進(jìn)行測(cè)量，得到脈沖寬度與孔內(nèi)壁燒蝕厚度的關(guān)系曲線圖，如圖9所示�？梢钥吹�，脈寬越大，孔內(nèi)壁燒蝕越嚴(yán)重，熔融物越多。當(dāng)脈寬τ=145ns時(shí)，孔內(nèi)壁熔融物最多，說(shuō)明在熔化蒸發(fā)過(guò)程中，熔化占主導(dǎo)，材料融化后，蒸發(fā)較少，待其冷卻凝固后，留下了較多的熔融物，孔口會(huì)有一定的毛刺和噴濺物顆粒;脈寬τ=33ns時(shí)，孔內(nèi)壁熔融物最少，說(shuō)明在熔化蒸發(fā)過(guò)程中，蒸發(fā)占主導(dǎo)，待其冷卻凝固后，留下的熔融物就較少，孔口的毛刺和噴濺物也會(huì)較少。Fig.9Meltinglayerthicknessvs．pulsewidth圖10是孔口噴濺物形貌及其能譜位置圖，由圖可見(jiàn)，噴濺物有毛刺和顆粒。圖11為孔表面毛刺和噴濺430
【作者單位】： 湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院;
【基金】：湖北省教育廳科技研究計(jì)劃資助項(xiàng)目(B2016051;Q20151408) 國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2015BAF20B03) 湖北省高等學(xué)校優(yōu)秀中青年科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)計(jì)劃資助項(xiàng)目(610112052) 東北大學(xué)軋制技術(shù)與連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題基金資助項(xiàng)目(2016001)
【分類號(hào)】：TN249

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7 胡傳p

本文編號(hào)：2549173