不锈钢薄板激光切孔工艺

【摘 要】利用连续光纤激光器,通过对0.3mm不锈钢薄板进行激光打孔试验,分析了激光功率、切割速度、加速度/减速度和调制频率对孔质量的影响.实验结果表明,要得到较好的孔效果,不能单一只考虑一个参数,需要进行综合分析,选择合适的参数,提高孔的质量和生产效率.

【关 键 词】连续激光器；不锈钢薄板；激光切孔

0引言

激光打孔技术利用高能量密度的激光束作用在材料表面,使材料气化,从而去除材料实现打孔[1-2].相比于其它小孔加工方法,激光打孔更具有优越性,是激光加工的主要应用领域之一[3-4].本文采用连续激光器对0.3mm厚度的不锈钢进行激光切孔研究,主要分析激光功率、切割速度、加速度/减速度和调制频率对孔径质量的影响.

1实验设备

实验用光纤激光切割机是利用光纤激光器产生一定功率和能量的连续激光,通过设置控制软件,将连续激光调制成脉冲光,再通过光学系统垂直入射到加工工件表面,由微机控制工作台的移动,实现各种形状的切割,连续光纤激光切割机示意图如图1所示.

实验材料为0.3mm厚的不锈钢钢薄板,激光器波长为1.06um,最大功率500w,聚焦镜焦距50mm,聚焦后光斑直径为0.05mm,切割孔直径的大小为0.5mm.

图1光纤激光切割机示意图

2工艺试验

2.1激光功率对孔质量的影响

不锈钢钢板放置在激光器的光斑焦点位置,调制频率1kHz,占空比50%,速度30mm/s,加速度/减速度10mm/s.图2给出了功率对孔大小影响的试验曲线,激光功率小于10%时激光不能将0.3mm厚的不锈钢钢板打孔,随着功率的增加孔径逐渐增大,当功率值增大到50%时,孔表面氧化变严重,并下孔径出现明显的沾渣,因此,在做小孔打孔的时候不能选择太大的功率,此参数下30%的功率效果较好.

图2功率对孔大小的影响

2.2切割速度对孔质量的影响

不锈钢钢板放置在激光器的光斑焦点位置,激光功率50%,调制频率1kHz,占空比50%,加速度/减速度10mm/s.速度太低光斑重叠的太多,导致表面氧化严重,并且边缘不平整,粗糙,有残渣,如图3（a）所示.速度增大效果变好,但不能太大,速度太大达不到钢板气化点,不能完整的切除小孔,速度在50mm/s左右切割质量较好,如图3（b）所示.

图3功率对孔质量影响对比图

2.3切割加速度/减速度对孔质量的影响

不锈钢钢板放置在激光器的光斑焦点位置,激光功率50%,调制频率1kHz,占空比50%,速度30mm/s.随着加速度/减速度的增加,孔边缘变的不光滑,孔反面光滑度变差,会出现明显的残渣；加速度/减速度达到50mm/s时,边缘明显看到齿状,如图4（b）所示.该参数下,加速度/减速度应选择40以下较好,如图4（a）所示.此参数下,加速度/减速度10mm/s的时候效果相对最好.

图4加速度/减速度对孔质量影响对比图

2.4调制频率对孔质量的影响

不锈钢钢板放置在激光器的光斑焦点位置,激光功率50%,调制频率1kHz,占空比50%,速度30mm/s,加速度/减速度10mm/s.调制频率太低,孔径边缘氧化比较严重；随着调制频率的增加,氧化现象得以改善,调制频率取1-1.5之间时有氧化现象少,小孔边缘光滑平整,反面挂渣很少；调制频率继续增大,氧化现象开始明显,边缘变粗糙.此参数下,调制频率大概在1-1.5之间效果较好.

3结论

利用连续型光纤激光器对0.3mm厚的不锈钢薄板进行打孔试验,试验参数中,激光器功率、切割速度、加速度/减速度和调制频率对孔的质量影响都比较大,对于这种薄板,进行切割小孔时,功率不能太大,否则小孔边缘氧化比较严重,随着功率的增大,小孔直径也将增大；随着速度的增大,小孔质量变好,但是速度不能太大,否则不能切透；随着加速度/减速度的增加,孔边缘变的不光滑,其值过大会导致孔边缘明显看到光斑形状,且氧化比较严重.激光器的调制频率也不能太小或太大,否则孔边缘氧化严重,而且粗糙.因此,在实际工作中,应该将多个因素进行考虑.经过以上实验总结,最后得到相对较好的参数为功率40%,调制频率1,占空比40%,速度30mm/s,加速度和减速度20mm/s.

【参考文献】

（上接第23页）[1]张永康,周建忠,叶云霞.激光加工技术[M].北京：化学工业出版社,2004.

[2][日]金冈优.激光加工[M].北京：机械工业出版社,2005.

[3]胡凤兰,董丽君,高为国.利用激光进行微小深孔的加工[J].煤矿机械,2009,30（32）：108-109.

[4]李菁菁.碳钢激光脉冲宽度打微孔的研究[J].长春大学学报,2011,21（12）：5-8.

[责任编辑：刘帅]