固體脈沖YAG激光加工設(shè)備及切割工藝性研究.pdf

1、本文基于大功率固體YAG激光器設(shè)計(jì)的四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，研制出一臺(tái)大功率固體脈沖YAG激光器樣機(jī)。機(jī)床部分采用龍門式結(jié)構(gòu)，由平面工作臺(tái)、橫梁部分、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及隨動(dòng)裝置構(gòu)成；采用數(shù)控系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)了激光電源、冷卻系統(tǒng)及機(jī)床四軸伺服系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合；整個(gè)激光加工系統(tǒng)功能完善，各項(xiàng)指標(biāo)滿足使用要求。 通過對(duì)激光器的功率測(cè)試得出，調(diào)節(jié)電壓對(duì)激光器的平均功率、脈沖能量和峰值功率都有較大影響，三者都隨電壓的增加而增大；脈沖寬度的增大也會(huì)使平均功率、脈

2、沖能量和峰值功率增大；頻率對(duì)激光器的平均功率影響較大，對(duì)脈沖能量和峰值功率影響很小；本激光器所能達(dá)到的最大平均功率為486W，單脈沖能量為83.8J，峰值功率為9200W。測(cè)得激光器能量轉(zhuǎn)換效率最大達(dá)到4.1％；測(cè)量并計(jì)算得出輸出激光束的光束參數(shù)乘積Kf為16.5mm·mrad；經(jīng)打孔試驗(yàn)測(cè)量聚焦光斑直徑最小可達(dá)17μm。 對(duì)4mm厚的鎂合金AZ31板材進(jìn)行的激光切割試驗(yàn)，切割工藝參數(shù)中電壓、脈寬、頻率和離焦量對(duì)割縫寬度的影響較

3、大；電壓和脈寬對(duì)割縫背面掛渣有一定的影響。激光切割(氬氣輔助)鎂合金割縫斷面距板材上表面1/4以下形成一層重熔層，最厚達(dá)到120μm；重熔層上有很多微小裂紋，擴(kuò)展深度達(dá)140μm；重熔層與母材交界處沒有發(fā)現(xiàn)明顯的熱影響區(qū)。重熔層和母材的物相種類組成是一致的，均為Mg固溶體和金屬間化合物Al12Mg17。激光切割斷面重熔層的顯微硬度由內(nèi)到外逐漸增大，母材一側(cè)接近重熔層邊界熱影響區(qū)硬度比母材稍大。激光切割鎂合金材料的切割質(zhì)量受輔助氣體的種類

4、影響較大，從總體的切割質(zhì)量上對(duì)比，使用氬氣、氮?dú)夂脱鯕庾鳛檩o助氣體，切割質(zhì)量依次變差，其中使用氧氣切割的割縫寬且斷面和背面氧化嚴(yán)重。 使用空氣等離子弧切割4mm厚的AZ31鎂合金板，切縫約是激光切割的4倍，且切割斷面容易氧化；斷面也形成薄的重熔層，且內(nèi)部有大量氣孔，但無裂紋；下部熱影響區(qū)明顯，厚度達(dá)到50μm。 對(duì)厚度為4mm的5A06鋁合金板材進(jìn)行的激光切割試驗(yàn)，工藝參數(shù)中功率、頻率和離焦量對(duì)割縫寬度影響較大：割縫背面