[發明專利]水射流和氣流復合輔助激光加工的方法和系統

無效

• 申請號: 201310297664.4
• 申請日: 2013-07-16
• 公開（公告）號: CN103358027A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 龍芋宏;鄒登峰;廖志強;江威
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學;桂林醫學院
• 主分類號: B23K26/36
• 分類號: B23K26/36;B23K26/14
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 歐陽波

技術領域

本發明屬激光加工技術領域，具體涉及一種用于提高激光加工效率的水射流和氣流復合輔助激光加工的方法和系統。

背景技術

激光加工適合于大部分材料，具有非接觸、靈活和精確等優點。但對于微米、亞微米級刻蝕領域的一些應用，激光直刻產生的熱影響區、沉積和沖擊破壞效應等問題是不容忽視的。為此，在目前的激光加工中，采用輔助氣體噴射來吹走激光直刻產生的飛濺物,同時降低激光加工區溫度。但是，在激光刻蝕加工深度加大的時候，氣體噴嘴的氣流進入切割縫內的量明顯減少，因而大大地降低了氣體噴嘴的效率,無法有效地清除激光刻蝕產生的碎屑和降溫,直接影響激光刻蝕效率和加工質量,例如工件會產生再鑄層、殘余應力和微裂紋等。因此，目前的激光加工切縫深度小于10mm，無法用于更大厚度板材的切割。

發明內容

本發明的目的是公開一種水射流和氣流復合輔助激光加工的方法，利用水射流限制氣體的擴張，提高激光加工的效率和質量。

本發明的另一目的是設計一種實現水射流和氣流復合輔助激光加工的方法的水射流和氣流復合輔助激光加工的系統，在常規的與激光束同軸的氣體噴嘴后方再設置一個水射流噴嘴，水射流限制氣體的擴張，提高動量傳遞，同時更好地使加工區域降溫。

本發明的水射流和氣流復合輔助激光加工的方法，激光束聚焦于工件表面，氣流束與激光束同軸，氣流束直徑大于激光束聚焦點直徑，在氣流束后方有水射流束，水射流束也進入激光加工的工件切縫內。

所述水射流使用超純水，超純水為去離子水或蒸餾水。

所述水射流束的中心線處于激光束中心線和工件切縫構成的平面內。

所述水射流束的中心線與工件表面的交點和激光束在工件表面聚焦點的中心之間的距離為1～2mm。

本發明為實現水射流和氣流復合輔助激光加工的方法設計的水射流和氣流復合輔助激光加工的系統，包括激光控制單元、脈沖激光器、聚焦透鏡、氣體噴嘴和工作臺，工件固定于工作臺表面，激光控制單元連接、控制脈沖激光器，脈沖激光器發出的激光束經聚焦透鏡聚縮，穿過氣體噴嘴后聚焦于工件表面，氣體噴嘴的縱向中心線與激光束同軸，在氣體噴嘴后方，設置有水射流噴嘴，水射流束中心線處于激光束中心線和所加工的切縫構成的平面內。

所述水射流噴嘴噴孔和氣體噴嘴噴孔的直徑為mm量級。

所述水射流噴嘴噴射的水為去離子水或蒸餾水的超純水。

所述水射流噴嘴噴孔的縱向中心線處于激光束中心線和工件切縫構成的平面內。所述水射流噴嘴噴孔的縱向中心線與工件表面的交點和激光束在工件表面的聚焦點的中心之間的距離為1～2mm。

接有儲氣瓶的氣泵與氣體噴嘴連接，產生氣流束。水泵連接水射流噴嘴，以產生水射流。計算機控制中心連接控制氣泵和水泵，控制其啟停和產生的壓力。計算機控制中心還連接激光控制單元，控制激光功率。

所述工作臺安裝有工作臺X軸驅動機構和工作臺Y軸驅動機構，X軸驅動電機和Y軸驅動電機分別連接工作臺X軸驅動機構和工作臺Y軸驅動機構，計算機控制中心連接X軸驅動電機和Y軸驅動電機，控制工作臺的移動。

所述工作臺上方有裝有超純水的工作腔，工作臺頂部的凸臺位于工作腔內，工作臺凸臺頂面高于工作腔的水面，工件固定于工作臺凸臺頂面。

工作腔有溢流口，溢流口的最低點低于工作臺頂面。

工作腔的溢流口經溢流管接入水池，水池內存儲產生水射流的超純水，水泵的進口經過濾器接入水池內、吸取水池內的超純水，水泵出口接入水射流噴嘴，泵出的壓力水經水射流噴嘴產生水射流。

所述水泵出口經球閥接入水射流噴嘴，球閥相當于水流開關，開啟球閥水泵才可向水射流噴嘴送水。

所述水泵出口經三通接溢流調壓閥的一端，溢流調壓閥的另一端經溢流調壓管接回水池。調節溢流調壓閥可調節水流速度，從而調節水射流噴嘴的水射流噴射速度。水射流噴射速度根據加工的材料的厚度進行調整。

開始工作前,確認管路暢通，開啟球閥，開啟水泵，調節溢流調壓閥，水射流噴嘴產生高速穩定的水射流，使水射流束在工件表面噴射點中心和激光束在工件表面上的聚焦點中心的距離為1～2mm。加工時開啟水泵，則水依次流經過濾器、水泵、球閥，從水射流噴嘴的噴孔高速噴射出，從工件表面流到工作腔內，再從工作腔的溢流口回流至水池，水循環工作。