[發(fā)明專利]一種旋轉(zhuǎn)電磁場輔助激光打孔的裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410250675.1
• 申請日: 2014-06-09
• 公開（公告）號: CN104043905A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發(fā)明（設計）人: 溫德平;戴峰澤;張永康
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B23K26/382
• 分類號: B23K26/382;B23K26/346;B23K26/70
• 代理公司: 江蘇縱聯(lián)律師事務所 32253
• 代理人: 蔡棟

技術領域

本發(fā)明涉及激光加工領域，特指一種利用旋轉(zhuǎn)電磁場來輔助激光光打孔的裝置。

技術背景

?隨著微機電技術(MEMS)的不斷發(fā)展，以及對傳統(tǒng)產(chǎn)品的小型化、輕量化設計，人們對微細孔加工技術的要求越來越高，傳統(tǒng)的機械加工方法已經(jīng)無法滿足微細孔的加工要求，迫切需要一種新的微細孔加工技術。激光打孔是現(xiàn)代制造技術領域的關鍵技術之一，激光打孔與其他打孔方法相比具有打孔深徑比大、無接觸、無工具損耗、加工速度快、表面變形小、可以加工各種材料等顯著優(yōu)越性，能良好地滿足現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品加工的要求，已得到了廣泛的應用。

現(xiàn)有的激光打孔方法一般是將激光束聚焦于工件表面或者表面以下某個位置，以足夠高的功率密度加熱和熔化材料，隨后材料以液態(tài)和氣態(tài)形式噴射出去達到材料去除的目的。在激光打孔過程中，熔池上方的金屬蒸汽吸收激光能量發(fā)生離子化導致等離子爆炸，產(chǎn)生高溫高壓的等離子體云。最近研究表明，高溫高壓的等離子云為激光打孔的第二熱源，推動固液界面不斷深入材料，達到熔化和氣化材料并形成孔穴的目的。然而，等離子體云呈膨脹式背離熔池向外散開，達不到加熱熔池的作用。當前，通用的方法是采用磁場壓縮等離子體的方法抑制等離子體散失。等離子體中背離熔池運動的正負帶電粒子在磁場的洛倫茲力作用下，朝向熔池表面運動，從而使等離子體貼近和撞擊熔池表面，形成熔池加熱的第二熱源，同時等離子體撞擊熔池時，動能會轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，達到提高打孔效率的目的。但是，因為在靜磁場作用下，平行于磁場方向的運動帶電粒子不受洛倫茲力的作用，因此靜磁場會產(chǎn)生等離子單向壓縮現(xiàn)象，會導致橢圓孔的產(chǎn)生。為了避免此類現(xiàn)象的發(fā)生，旋轉(zhuǎn)磁場輔助激光打孔的方法得到運用。Chang?Yuan-Jen等人在文獻Magnetic?Assisted?Laser?Micromachining?for?Highly?Reflective?Metals,?JLMN-Journal?of?Laser?Micro/Nanoengineering，7（2012）252(DOI標識碼為10.2961/jlmn.2012.03.0004)提出了一種旋轉(zhuǎn)磁場輔助激光加工的實驗裝置，該裝置通過電機帶動與激光束同軸的永磁鐵旋轉(zhuǎn)，從而在熔池表面形成磁場。但是，安裝在激光頭上的永磁鐵的轉(zhuǎn)動會使激光頭產(chǎn)生微震動，影響孔的位置精度，同時，改變旋轉(zhuǎn)磁場的強度是通過改變永磁鐵的數(shù)量來改變，因為強磁永磁鐵吸引力極大，更換磁鐵極不方便，從而增加了操作難度。楊光，王維等人申報的專利申請?zhí)枮?01310064232.9的一種電磁攪拌激光修復裝置與Chang?Yuan-Jen等人的裝置相似，也是通過安裝在激光頭上的永磁鐵的機械轉(zhuǎn)動產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，也會產(chǎn)生激光頭微振動和調(diào)節(jié)磁場強度操作不方便等缺點。同時，等離子體衰減較快，較少部分的等離子體能作為第二熱源，因此，提高單位體積等離子體的能量對提高打孔效率極為重要。但是，上述兩種裝置所涉及的方法僅僅是改變等離子體的運動方向，不能提高單位等離子體的能量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種旋轉(zhuǎn)電磁場輔助激光打孔的裝置，以保證加工精度、提高帶電粒子動能，從而提高材料熔化和氣化效率，達到提高打孔效率的目的。

為了解決以上技術問題，本發(fā)明利用周向均布的線圈繞組和電板時序得電，形成旋轉(zhuǎn)電磁場，該旋轉(zhuǎn)電場生成裝置不會引起激光頭振動，保證加工精度。旋轉(zhuǎn)磁場對等離子體正負電粒子產(chǎn)生洛倫茲力，形成等離子體壓縮效應，同時旋轉(zhuǎn)電場加速帶電粒子運動，提高帶電粒子動能，從而使帶電粒子撞擊熔池時動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芨?，充分利用等離子體作為第二熱源，提高材料熔化和氣化效率，達到提高打孔效率的目的。具體技術方案如下：

一種旋轉(zhuǎn)電磁場輔助激光打孔的裝置，包括激光頭(1)，其特征在于：還包括旋轉(zhuǎn)電磁場生成裝置，所述旋轉(zhuǎn)電磁場生成裝置安裝在激光頭(1)上，二者同軸；